G.L.Auspurger - Migliore risposta ai bassi
da Radio Electronics sett. '57 e Alta Fedeltà
Genn. '58
Cosa si intende per amplificatore
con una buona rìsposta ai bassi ? Secondo i criteri più recenti esso deve
soddisfare ai seguenti requisiti:il limite inferiore della gamma di frequenze
deve essere di 40 Hz. - Nonostante che il tamburo e l’organo a tubi possano
produrre delle fondamentali di frequenza inferiore ai 40 Hz, si tratta in
genere di suoni molto rari che ben difficilmente potrebbero, essere riprodotti
con l’intensità naturale.La distorsione deve restare bassa. Questo il punto
più importante da soddisfare nel campo delle basse frequenze. fortunatamente
esistono però dei sistemi con i quali è possibile ottenere a 40 Hz una
distorsione inferiore al 5% In questo campo occorre però stare attenti di
parlare sempre di onde sinussoidali.Si dice infatti di solito: Il mio
altoparlante arriva fino a 20 Hz perché riesco a sentire chiaramente i picchi
delle onde a queste frequenze. Purtroppo questa frase viene pronunciata non
solo da dilettanti ma anche da professori di fisica. Essa é evidentemente un
grosso errore. Infatti 20 Hz non significa un rumore più o meno distinto che
si ripete 20 volte al secondo ma un’onda sinussoidale ben definita. I due
fenomeni sono ben diversi ed hanno in comune solo la frequenza di ripetizione.
Un suono a 20 Hz è una lenta variazione sinussoidale della pressione dell’aria
che deve esse appena avvertita con l’udito.Il limite inferiore della gamma
di frequenza utile dell'altoparlante deve essere udibile - A 30 Hz la
soglia di udibilità è di circa 70 db. Un buon altoparlante deve essere in
grado di produrre una intensità di almeno 8O db a 40 Hz. (In questo articolo
riferiamo lo O db ad un valore di 0,0002 dine/cm’ nella zona di ascolto).Supponiamo
ora di dovere costruire un altoparlante che soddisfi a queste esigenze. La
prima difficoltà che si incontra è quella delle dimensioni del diaframma
vibrante. Per avere una potenza sufficiente a 40 Hz si dovrebbe costruire un
cono con un diametro di 3 metri. Un tale altoparlante sarebbe
straordinariamente efficace per la riproduzione dei bassi, ma purtroppo
sarebbe così pesante che diventerebbe un problema muoverlo a meno di non
ricorrere ed un sistema elettrostatico. Forse un giorno potremo acquistare un
sistema simile ad un rotolo di carta da pareti che potremo appendere ad una
parete quando vorremo usarlo.Ma torniamo per ora ad un normale altoparlante de
30 cm. Anche esso può riprodurre un suono a 40 Hz. basta che possa avere un
movimento e abbastanza grande. E con abbastanza a si intende per lo
meno 13 mm.Quindi perché non costruiamo un altoparlante che possa avere una
libertà di movimento di almeno 13 mm? Le difficoltà che si incontrano sono
due: dapprima si deve fare in modo che il campo magnetico in cui è immersa la
bobina sia perfettamente costante in tutta l’escursione e poi che la
sospensione meccanica sia sempre elastica anche per il massimo spostamento. In
commercio si trovano almeno tre tipi di altoparlanti (
fig. I ) che soddisfano a questa esigenza di permettere un grande
movimento del cono senza introdurre non linearità meccaniche o magnetiche.L'altoparlante
Bozak ha un campo magnetico lungo ed una risonanza ai bassi pronunciata ma
bassa. Bozak raccomanda che i suoi altoparlanti siano montati in baffles
infiniti.Gli altoparlanti Hartley vanno un passo più avanti. La sospensione è
così cedevole che non esiste più risonanze ai bassi. A causa di questa
diminuzione dell’efficienza non esiste più distorsione o tendenza a rombare ai
bassi. Inoltra Hartley preferisce non aumentare il rendimento ai bassi dei
suoi altoparlanti con degli artifici acustici. Si preoccupa invece di
assorbire l’onda posteriore con dei filtri speciali in modo che anche una
piccola custodia si comporta come un baffle infinito.
Il sistema AR - 1
La
fig. 2 mostra il più moderno altoparlante long throw (a grande
spostamento). E’ il sistema AR - 1 ideato da E.M. Villchur. Egli cercava una
sospensione del cono perfettamente elastica e trovò la risposta nell’aria
compressa. Il suo sistema di sospensione acustica ha in aria libera una
risonanza particolarmente bassa, ma non appena essa viene chiuso in una
scatola a tenuta stagna, il cono preme nel suo movimento conto l’aria
compressa e la frequenza di risonanza del sistema aumenta a 42 Hz. nonostante
che l’altoparlante AR-I abbia un rendi mento molto scarso al di sopra dei 100
Hz, esso fornisce una grande potenza alle basse frequenze con una distorsione
minima (con 90 db a 40 Hz si ha distorsione inferiore al 3%).Un punto debole
dei sistemi a baffle infinito è l'uso della risonanza meccanica per compensare
la perdita di accoppiamento acustico alle basse frequenze c’è quindi il
pericolo che si formi un anello di risonanza chiuso. Hartley invece attenua la
risonanza meccanica e per ottenere le necessaria potenza acustica si affida a
sistemi multipli o ad un amplificatore booster per i bassi. Vìllchur
suggerisce un fattore di attenuazione optimum di 1 per il suo AR - 1 e afferma
che la risposta ai bassi viene ridotta se si usano dei fattori d’attenuazione
maggiori (questi fattori hanno per molti amplificatori dei valori standard da
9 a 20).Se volete insistere con un accoppiamento elettrico più stretto per
l’AR-1, l’unico sistema per correggere la caduta dei bassi è quella di
aumentare la potenza elettrica. Si può smorzare l’altoparlante acusticamente
per il suo picco di risonanza normale installandolo in una custodia reflex
accuratamente adattata ( fig. 3
). Lansing Altec, Jensen e Pro-Plane sono tutti favorevoli all’uso di custodie
bass-reflex e assicurano che esse posseggono i seguenti vantaggi:
1) L’altoparlante è ben smorzato alle
frequenze di risonanza dei sistema.
2) La risposta ai bassi è più estesa di
quella che si otterrebbe con lo stesso altoparlante in un baffle infinito.
3) Se si utilizzano le radiazioni di
ambedue i lati del diaframma il rendimento è maggiore che nel caso del baffle
infinito.
Queste caratteristiche sono
accompagnate da una minore distorsione alla frequenza di risonanza. Ma cosa
succede in un sistema reflex per le frequenze inferiori e superiori a quella
di risonanza? Per una frequenza un po' superiore a quella per la quale sistema
è sintonizzato la custodia si comporta come un sistema chiuso ed il cono
rimane con l’aria chiusa in esso. Questa risonanza è la causa del picco
superiore della curva delle fig.
4. Alle frequenze inferiori non esiste più per i’altoparlante le risonanza
della custodia e la diminuzione del carico acustico fa nascere il picco
inferiore nella curva di fig. 4.
L'unica limitazione del movimento del cono alle basse frequenze è dato della
sua sospensione meccanica. Per questa ragione è bene proteggere la custodia
bass reflex da frequenze inferiori più di mezza ottava rispetto alla frequenza
di risonanza. Un filtro passa alto regolato a circa 30 Hz protegge bene
l’altoparlante da rumori infrasonici che molto spesso danno dei disturbi
confusi. Alcuni tecnici cercano di ridurre ambedue questi picchi (anche se
essi non vengono necessariamente riflessi nel suono in uscita dal sistema)
introducendo delle masse acusticamente viscose in quantità ben calcolate. E.J.
Jordan della Goodman ha ideato una serìe di unità di resistenze acustiche da
usare con altoparlanti e custodie con caratteristiche particolari. Si dice che
i sistemi con carico ad attrito hanno una bassa distorsione fino a 20 Hz. I
sistemi con carico ad attrito sono stati progettati per compensare le
caratteristiche degli altoparlanti a risonanza molto bassa. Nel progetto di
Jordan non si trova la normale curva di impedenza a due gobbe
propria dei sistemi reflex.
L’impedenza ha invece un unico picco in corrispondenza del limite inferiore
deIla gamma. In parole povere i sistemi con carico viscoso sono dei
dispositivi di sospensione acustica cori un reflex che aumenta la resistenza
di radiazione alle risonanze più uno smorzamento ausiliario sotto forma di una
viscosità controllata. Alcuni sperimentatori hanno voluto provare
ad usare dei materiali assorbenti come tuflex, Ozite e lana di vetro applicati
ai normali mobili reflex nel tentativo di attenuare il rombo, questo
sistema ha dei vantaggi solo se il mobile è abbastanza grande e l’area
trattata uguale o superiore alla superficie del cono. Con queste premesse il Q
della custodia resta alto e nonostante che la. risonanza di Helmholtz attenui
il cono, il cono non attenua la custodia. perciò è sempre da raccomandarsi una
certa attenuazione con dei materiali viscosi. Tuttavia molti mobili reflex
commerciali hanno delle dimensioni molto piccole ed in questi casi se si
verifica il rombo essa è dovuto verosìmilmente al picco superiore
dell’impedenza del sistema. Questa risonanza è circa mezza ottava più su della
frequenza alla quale è stato tarato il sistema. Il rimedio più efficace in
questo caso è quello di tendere uno schermo di materiale assorbente
all'interno del mobile subito dietro all'altoparlante. Lo stesso artificio
servirà anche ad eliminare i buchi o picchi nella curva di risposta dovuti a
delle onde permanenti che si stabiliscono all'interno del mobile.
Altoparlanti a
tromba
Un altoparlante a
tromba di dimensioni teoriche riuscirebbe a caricare la sua bobina in un campo
più esteso diquello diun sistema bass reflex; inoltre essa
avrebbe unrendimento molto maggiore. Tuttavia dal punto di vista delle
dimensioni si presenta ancora più problematico non solo la sua apertura deve
essere almeno uguale ad 1/4 della massimalunghezza d’onda ma anche
la sua lunghezza dovrebbe essere proporzionata. C’è un solo sistema per
diminuire le dimensioni di un altoparlante a tromba senza ridurlo ad un
tubo accordato.
Ad un certo punto della
sua lunghezza, l'andamento esponenziale della sezione può adattarsi abbastanza
bene alla forma piramidale di un angolo di una stanza. In questo punto
esso può venire troncato e le sue dimensioni possono divenire
tollerabili. Un altoparlante a tromba da 60 Hz per adattarsi ad un angolo
della parete deve avere un'area della bocca pari ad almeno 8 - 16 piedi
quadrati. Il famoso Klipschorn (
fig. 6 ) ha delle
caratteristiche notevoli anche se la tromba ha una frequenza di taglio a circa
50 Hz. Per estendere verso le frequenze basse la risposta del Klipschorn si è
sfruttata una caratteristica propria degli altoparlanti a tromba esponenziale.
Al di sotto
della frequenza di taglio la tromba si
comporta come una massa
applicata alla bobina mobile. Gli altoparlanti a tromba sfruttano questa
proprietà per estendere, per mezzo di mobili risonanti la risposta al di
sotto della frequenza di taglio. Nei sistemi moltograndi come per
esempio il Jensen lmperial della Electro-Voice Patricìan si guadagna per lo
meno un’altra ottava al di sottodel punto in cui l'altoparlante
cessa di essere efficace. La
fig. 7 mostra l'uscita dell’Impenial a 35 Hz con una potenza di ingresso
di 16 Watt.
Sarebbe bello
potere riprodurre anche l’ottava fra 16 e 40 Hz, ma l’unico sistema per
raggiungere questa note estremamente basse è quello di usare 20 o 30
altoparlanti o di adottare l’immensa tromba radiale di 330 cm. progettata da
Doschek fig 8. La tromba
radiale è interessante perché sembra che possa irradiare a parità di
dimensioni delle frequenze più basse dei normali sistemi angolari. M. Weil,
uno dei più noti pionieri della HiFi, ha studiato anni addietro Ie trombe
radiali, ma finora né lui, né Doschek sono riusciti a costruire degli
altoparlanti adatti per le normali abitazioni. Concludendo si può affermare
che oggi la migliore risposta ai bassi con dei mobili di dimensioni limitate
si può ottenere solo con dei sistemi reflex ben studiati e con la
sospensione acustica. E’ tuttavia deplorevole il fatto che mentre noi
ingrandiamo nostri garage per alloggiarvi delle macchine mastodontiche,
cerchiamo con tutti i mezzi di ridurre le dimensioni dei nostri riproduttori
HiFi.