Opera Loudspeakers

Dal CLD (Cross-Linked-Dipole) alla Tripletta

Sistemi di Radiazione Posteriore

(Maggio 2007)

Il campo acustico in un ambiente chiuso è la sovrapposizione delle componenti diretta e riflessa. A partire da 300 Hz (*), il campo riflesso diventa uniforme nell’ambiente e non correlato al campo diretto (ovvero i due campi si sommano in potenza)(**). Il campo diretto trasporta le qualità primarie del diffusore che dipendono dalla risposta in frequenza e nel tempo (qualità monodimensionali)(***). Il suono riflesso è invece responsabile per tutti quegli effetti che dipendono dalla direttività dell’altoparlante e dalle caratteristiche dell’ambiente (qualità tridimensionali). Quello che sentiamo è la sovrapposizione dei due campi nel punto di ascolto. Se il suono diretto prodotto dall’altoparlante è buono (e anche le caratteristiche della stanza sono buone) si può migliorare la qualità soggettiva del suono lavorando sul campo riflesso ovvero sulla direttività orizzontale e verticale (fronte e retro) del diffusore acustico.

L’audiofilo desidera ottenere un suono “naturale”, “tridimensionale” e “dettagliato”. Il modo per ottenere maggiori dettagli è aumentare la “Brillanza”. Questa è definita come: 

 (tempo di riverberazione medio tra 2 e 4 khz)
 Brillanza = -----------------------------------------------
 (tempo di riverberazione medio in gamma media)
 

Leo Beranek definisce la Brillanza con queste parole: “Un suono luminoso, pulito, squillante, ricco di armoniche è descritto come brillante” (L. Beranek, Concert Halls and Opera Houses - 1996). Questo significa che quando si ascolta musica in un ambiente con una elevata Brillanza il suono viene percepito più chiaro e luminoso. In questo contesto la gamma media va da 350 a 1400 Hz.

Questa è una possibile spiegazione: un suono continua a persistere all’interno dell’orecchio per un certo periodo (tempo di integrazione), se una riflessione, con le stesse informazioni, arriva all’orecchio durante questo intervallo, viene utilizzata dall’orecchio per migliorare l’intelligibilità del messaggio. Questo è il motivo per cui percepiamo l’effetto eco solo se il ritardo supera circa 100 mS (tempo di integrazione). Senza questo intervallo di integrazione percepiremmo una quantità incredibile di echi con una perdita fatale di intelligibilità. E’ il sistema uditivo che “decide” quale suono è una “prima riflessione” e quale no. Lo stesso meccanismo è responsabile della maggiore sensibilità dell’orecchio tra 3 e 4000 Hz.

Una delle differenza tra un normale soggiorno e una sala da concerto, dimensioni a parte, è il bilanciamento tra suono diretto e suono riflesso. In una sala da concerto la maggior parte di quello che sentiamo è suono riflesso (a parte forse i posti in prima o seconda file). Uno modo per ottenere lo stesso risultato nel soggiorno di casa è quello di adottare un “secondo sistema” che alimenta solo il campo riflesso e che non interferisce con il suono diretto (per preservare la risposta impulsiva). Con questo “secondo sistema” dinemta possibile modificare il contenuto spettrale del campo riflesso. La sorgente adatta per questo scopo è la sorgente dipolare che irradia il suono solo lungo direzioni determinate fissata sul lato posteriore del diffusore acustico. Il dipolo va orientato in modo che la sua radiazione sia nulla sull’asse di ascolto e assuma i valori massimi verso le pareti, il soffitto ed il pavimento. Il suono così prodotto dal dipolo arriva all’ascoltatore dopo un certo numero di riflessioni e fa parte del ”campo sonoro riflesso”. La sorgente posteriore o “secondo sistema” permette di modificare il contenuto energetici del campo riverberato presente nell’ambiente senza modificare l’ambiente stesso. Tutto ciò è sostanzialmente conforme agli studi condotti da Bose che lo portarono a realizzare la famosa serie 901. La differenza, sostanziale, sta nell’aver scelto in sistema di radiazione posteriore che non interferisce con il suono diretto.

Cosa è un Dipolo:

Un dipolo è un dispositivo composto da due sorgenti identiche che vibrano in opposizione di fase separate da una distanza fissa. In tutti i punti equidistanti dalle due sorgenti che formano il dipolo il suono prodotto è nullo (semplicemente perché 1+(-1)=0). Questo definisce un asse di radiazione nulla” e un’area di radiazione nulla”

un dipolo realizzato con due tweeter

A bassa frequenza il dipolo si comporta come una sorgente filtrata con un passa-alto: al crescere della frequenza l’intensità della radiazione aumenta (ma non in tutte le direzioni). I diagrammi polari mostrati nella figura qui sotto mostrano diversi massimi e minimi ma c’è sempre un piano (equidistante dalle sorgenti) dove l’SPL prodotto vale zero.

Dispersione polare sul piano verticale del dipolo a 3 diverse frequenza: rosso = 1000 Hz, nero = 1500 Hz e viola = 1871 Hz. Si noti la stretta “area di radiazione nulla”.

dispersione verticale del CLD : l’area di radiazione nulla si apre su un angolo di circa 30 gradi.

Un semplice dipolo produce un’area di radiazione nulla piuttosto stretta. Per allargarla il CLD utilizza un doppio dipolo (un dipolo di dipoli) con quattro sorgenti collegate con opportune relazione di fase. Alla fine otteniamo un “trasduttore” che alimenta il campo riflesso senza interferire con il campo diretto. La cosa più importante è che, nella pratica, il risultato è chiaramente udibile come si sperimenta ascoltando i modelli Tebaldi e Caruso. Il suono riflesso è incrementato dalle riflessioni che avvengono in prossimità della sorgente (come nel teatro greco Classico) e la riproduzione appare più dettagliata. In questo caso otteniamo più “ordine” (più dettaglio) nella riproduzione aumentando l’entropia (il disordine9 del campo acustico: questo è esattamente il contrario di quello che ci si asetterebbe ma tuttavia concorda con altre conoscenze, per esempio il senso di spazio dipende dalla quantità di informazioni diverse che giungono alle orecchie. Il disordine non è sempre negativo. L’effetto del CLD è massimo con l’orchestra e la musuca classica. Più strumenti ci sono e meglio è: più “confusione” più dettaglio. L’effetto è minimo con le registrazioni monofoniche.

Ora resta solo un problema: il CLD utilizza 4 sorgenti che devono essere separate una dall’alta di cieca 10 centimetri. Ciò rende il CLD applicabile solo su diffusori abbastanza sviluppati in altezza (come i modelli Tebaldi e Caruso). Per i diffusori più piccoli serve un dispositivo meno ingombrante.

La Tripletta

Come si può vedere nella figura che segue la tripletta è formata da tre sorgenti allineate verticalmente (2 tweeter in questo caso): due sono connesse in parallelo mentre la terza è collegata in serie ed in opposizione di fase. La sovrapposizione delle tre sorgenti sull’asse si simmetria produce (1/2 -1 + 1/2) = 0. La tripletta viene posta sul lato posteriore del diffusore acustico allineata con gli altoparlanti che irradiano frontalmente.

La figura mostra anche le cadute di tensione ai capi degli altoparlanti e l’SPL relativo prodotto (1/2 -1 1/2)

La figura qui sotto mostra due differenti versioni della tripletta. La seconda presenta impedenza di ingresso più bassa.

Il tweeter scelto per realizzare la tripletta misura solo 53 millimetri di diametro e complessivamente la tripletta occupa una ventina di centimatri (la metà del CLD). La figura che segue mostra la dispersione verticale dela Tripletta. L’area di radiazione nulla si estende su un angolo di 30 gradi e non si vedono minimi secondari alle frequenze di interesse. Le caratteristiche della tripletta sono del tutto simili a quelle del CLD con il vantaggio che la tripletta può essere applicata anche su diffusori acustici più piccoli.

Tripletta: risposta in frequenza e dispersione verticale

Rosso 15° - Verde 30° - Blu 45° - Giallo 60°

Si noti che, a causa delle condizioni geometriche, il suono irradiato dalla tripletta (o dal CLD) raggiunge l’ascoltatore dopo almeno un paio di riflessioni sul pavimento, soffitto o sulla parete di fondo e che c’è un contributo nullo o trascurabile alle prime riflessioni sulle pareti laterali. Questo significa che la tripletta non ha un effetto determinante sulla dimensione orizzontale dello stage sonoro. In pratica si ottiene la sensazione di un allargamento della scena “dietro” ai diffusori.

La Tripletta, come il CLD, funziona correttamente in una grande varietà di situazioni. La parete di fondo può essere anche moderatamente riflettente mentre la parte predominante dell’assorbimento sonoro dovrebbe avvenire alle spalle dell’ascoltatore. La condizione peggiore per la tripletta (come per il CLD) si ha quando l’assorbimento sonoro è concentrato attorno ai diffusori.

Distorsione prodotta dal tweeter in funzione della frequenza per 96 dB SPL in asse. Minore di 0.5% tra 2 e 9 kHz

(*) In una stanza di 5 x 4 x 2.6 metri la frequenza di Schroeder di trova a 265 Hz. Sopra tale frequenza il campo riverberato (suono riflesso) risulta uniformemente distribuito in tutto l’ambiente e valgono quindi le considerazioni di tipo statistico.

(**) Affinché ciò sia rigorosamente vero è necessario che il tempo di autocorrelazione del segnale musicale sia breve o la stanza molto grande. “Breve” in questo caso significa minore del tempo che il suono impiega per percorrere il cammino libero medio tra due riflessioni successive. In realtà le cose sembrano funzionare anche in condizioni molto meno stringenti.

(***) Il segnale (elettrico) che alimenta un altoparlante è monodimensionale (ampiezza in funzione del tempo). I campo sonoro prodotto dall’altoparlante è tridimensionale. La direttività dell’altoparlante non dipende dal segnale che lo alimenta che, per contro, contiene anche la riverberazione, l’eco ed altri effetti ambientali dovuti al luogo dove è avvenuta la registrazione.