Interferenza
 
L’interferenza è una caratteristica di tutti i fenomeni ondulatori (onde elettromagnetiche, le onde del mare, le onde sonore, ecc.)

Diffrazione, Diffusione e Interferenza sono lo stesso fenomeno:

 

interferenza

quando il numero di sorgenti concorrenti coinvolte è piccolo

diffrazione

quando le onde attraversano fenditure o superano ostacoli (infinite sorgenti)

diffusione

quando l’ostacolo è di dimensioni molto minoti rispetto alla lunghezza d’onda dell’onda incidente.

 

 

interferenza di onde

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Il fenomeno dell'interferenza è dovuto alla sovrapposizione, in un punto dello spazio, di due o più onde. L’interferenza può essere costruttiva (le perturbazioni si sommano) o distruttiva (le perturbazioni si elidono). Il fenomeno riguarda tutti i tipi di onde, sonore, elettromagnetiche, le onde del mare, ecc.

Se buttiamo un paio di sassi in uno specchi d’acqua tranquillo possiamo osservare l’interferenza delle onde prodotte simile alla figura qui a fianco (da Wikipedia).

 

 

 

 

 

 

Interferenza di sorgenti concorrenti

Diagrammi polari, sul piano verticale, prodotti da due sorgenti concorrenti in funzione del rapporto tra la distanza (delle sorgenti) e la lunghezza d’onda del suono emesso.

Sul piano orizzontale la radiazione è costante su 360°.

Dispersione verticale di un gruppo di tre woofer da 8 pollici a 100 Hz (rosso) e a 200 Hz (viola).

 

Se la frequenza di cross-over con il medio è posta a 200 Hz i tre woofer possono essere considerati come un’unica sorgente con centro di emissione nel centro di simmetria. Se la distanza tra il centro dei woofer e il centro del medio è 53 cm corrisponde a meno di un terzo della lunghezza d’onda alla frequenza di taglio. Quindi i quattro altoparlanti sono abbastanza vicini e la dispersione verticale sarà buona. Alzando il taglio a 400 Hz l’interferenza diventa significativa.

 

 

 

Diffrazione

La  diffrazione si manifesta quando un’onda incontra a variazione di impedenza (un ostacolo, un gradiente termico, un gradiente di densità, ecc.). La diffrazione descrive la tendenza delle onde ad “aggirare” gli ostacoli. Nell’urto con l’ostacolo il fronte d’onda si altera genera delle sorgenti secondarie. Il risultato è che l'onda aggira l'ostacolo. Si può dire che la propagazione non è più rettilinea.
Al di là dell’ostacolo i fronti d’onda interferiscono ridistribuendo intensità nello spazio. Si formeranno così delle zone di intensità maggiore (interferenza costruttiva) e delle zone di intensità inferiore o anche nulla (interferenza distruttiva). Affinché ciò accada le dimensioni dell’ostacolo devono essere paragonabili alla lunghezza d’onda del suono incidente. In prima approssimazione se un ostacolo ha dimensioni inferiori ad un quarto della lunghezza d’onda incidente gli effetti della diffrazione sono limitati. Se un ostacolo ha dimensioni inferiori ad un ottavo della lunghezza d’onda incidente gli effetti della diffrazione sono considerati trascurabili.

 

 

Diffrazione ai bordi nei diffusori acustici

 

I fenomeni di diffrazione hanno un ruolo importante nel determinare le qualità del secondo ordine  di un sistema di altoparlanti.

 

Tipico fenomeno causato dalle dimensioni del pannello frontale dei diffusori acustici e da qualsiasi ostacolo che si trovi su di esso. Particolarmente fastidiosa al diffrazione ai bordi generata alla bocca delle trombe.

La diffrazione ai bordi è udibile ed è la causa del riconoscimento delle dimensioni del pannello frontale dei diffusori. La diffrazione ai bordi è importante quanto il disallineamento temporale. Alcuni diffusori acustici montano gli altoparlanti su piani sfalsati: in questo caso la diffrazione ai bordi causa danni peggiori del disallineamento che è stato corretto.

 

 

 

 

Effetti della diffrazione. Questa figura, con le due successive, riassume l’80-90%% di quello che c’è da sapere. Si  noti che quando un altoparlante è montato su un pannello “stretto” l’angolo di dispersione è minore.

 

 

Essenziale per comprendere il funzionamento delle trombe. I fronti d’onda che emergono daòòa dalla gola di una tromba hanno fronti d’onda sferici a bassa frequenza e piani a frequenza elevata (quando ka > 1 dove a è il raggio della gola). Quindi se la gola è da 2 pollici i fronti d’onda  diventano piano per frequenze maggiori di 1800 Hz mentre sono sicuramente sferici fino a 500 Hz . Tra 500 e 1800 Hz (in piena gamma vovale) il fronte d’onda ha una forma “mista” tra lo sferico ed il piano.

 

 

 

 

Diffrazione causata da ostacoli: se la lunghezza d’onda del suono incidente è maggiore della dimensione dell’ostacolo questo viene superato. Se invece è maggiore si forma un “cono d’ombra” acustico.

 

 

Misura della interferenza attraverso la misura della risposta in frequenza

 

Toole indica un metodo per individuare i fenomeno di interferenza dalla misura di risposta in  frequenza. L’interferenza dipende dalla distanza del punto di misura dalle sorgenti. Quindi, per distinguere le interferenze dalle risonanze basta eseguire più misure di risposta in frequenza spostando il microfono. Quanto di deve spostare il microfono? Di una quantità tale per cui la differenza di percorso tra le sorgenti interferenti ed il microfono di  misura sia paragonabile a mezza lunghezza d’onda della frequenza di interesse. Per esempio se si vogliono indagare le interferenza a 1000 Hz la differenza di percorso deve essere di circa 15 centimetri. L’ideale sarebbe poter fare queste misure lontano dal diffusore in ambiente anecoica. Il bilanciamento tonale viene invece rilevato, per esempio con rumore rosa a terzi di ottava (o mezza ottava o a ottava). Le risonanze si riconoscono facilmente perché non  si spostano anche cambiando la posizione del microfono di  misura.

 
Diffusione

 

Particolarmente interessante il fenomeno della diffusione da parte dei dispositivi detti “diffusori di Schroder” utilizzati per migliorare la qualità della riproduzione negli ambienti domestici e nelle control room.

Il grado di diffusione di misura valutando il grado di correlazione tra il suono diretto ed l suono riflesso. Quando le superfici riflettenti sono grandi rispetto alla lunghezza d’onda, il suono diretto ed il suono riflesso mantengono un elevato grado di coerenza e  sono necessarie molte riflessioni affinché questa decada. Le onde stazionarie (modi normali) si instaurano proprio perché la correlazione tra l’onda incidente e l’onda riflessa è perfetta.

Le superfici diffondente (o pannelli diffusori) sono superfici  opportunamente sagomate per diffondere efficacemente il suono scorrelando il suono riflesso dal suono diretto. In ambiente domestico è utile diffondere le prime riflessioni laterali ma sarebbe ancor più utile correlare le frequenze basse..

Come regola generale (per gli ambienti domestici) a parità di tempo di riverberazione, la qualità della riproduzione aumenta incrementando la diffusione del campo riflesso.

Anche la diffusione dipende dal rapporto tra la lunghezza del suono   e la dimensione degli ostacoli che il suono incontra lungo il suo percorso.  Per diffondere le frequenze attorno ai 1000 Hz gli ostacoli devono avere dimensioni di circa 15 centimetri.

La diffusione deve essere efficace già a 500 Hz quindi gli ostacoli diffondenti devono  avere dimensioni di circa  30 cm  (per esempio un cubo 30x30x30).    Evidentemente non basta un singolo ostacolo nell’ambiente per diffondere il suono ma bisogna attrezzare delle pareti. Un ottimo diffusore per le frequenze medie è una parete “coperta” da una libreria Ikea modello Billy composta da più moduli di larghezza  di 40 cm e lati almeno 2 metri senza ante. Gli scaffali vanno riempiti in  modo irregolare con libri, dischi, CD, DVD  e oggetti vari. Il fondo degli scaffali può andrebbe rivestito con un pannello di poliuretano a cella aperta di spessore minimo di 30 mm (magari di colore bianco).  Le librerie dovrebbero essere presenti sulla parete alle spalle del punto di ascolto e sulle pareti laterali in corrispondenza delle prime riflessioni che si dirigono verso il punto di ascolto.  Sono indicati anche gli assorbitori in poliuretane negli angoli della stanza (in particolare alle spalle del punto di ascolto).

I  pannelli con asperità nell’ordine di qualche centimetro sono efficaci alle alte frequenze e non alle medie (dove serve).        

 

 

Diffusione:  Nella figura la riflessione di un’onda su una parete piana, curva e su un diffusore di Schroeder.

Come si vede la differenza tr a la superficie curva e piana è minima.

Una superfici diffusiva ha sempre anche un effetto di assorbimento  a causa della interferenza distruttiva.

 

 

Per completare restano :

 

la rifrazione : passaggio tra due mezzi dove la velocità di propagazione è diversa

la dispersione : fenomeno dovuto alla variazione della velocità di propagazione con la frequenza

cui si aggiungono riflessione, trasmissione e assorbimento.

 

Tutti questi fenomeni sono comuni a tutte le perturbazio ni che si propagano per onde (sia longitudinali che trasversali