Crediamo agli asini che volano – parte prima

di Stefano Cantadori

Avrete sicuramente letto che gli aerei volano poiché la parte superiore dell’ala è più lunga di quella inferiore: l’aria, costretta ad un percorso più lungo, deve andare più velocemente rispetto all’aria sotto l’ala. Di conseguenza, poiché a maggiore velocità corrisponde minore pressione, viene spiegato che l’ala viene “aspirata” verso l’alto. Trovate questa spiegazione un po’ ovunque: sui libri che parlano di aeroplani, sulle monografie “perché gli aerei volano” di importanti case editoriali ed anche sul manuale di Flight Simulator (perlomeno fino alle versioni ’98 e 2000, che ho a casa) ed anche sulle enciclopedie.

Bene, si tratta di una bufala di ciclopiche proporzioni.

Eppure, questa è la spiegazione che viene data e pubblicata “urbi et orbi” da decenni ed è perciò la convinzione dei più.

Se questa spiegazione non è vera (se solo sapeste quanto è sbagliata e farsesca) come è possibile che sia diventata la spiegazione “ufficiale” per il mondo?[1]

Inoltre, perché io sto tirando in ballo questo argomento?

Per introdurre un’altra “bufala” che riguarda invece il nostro settore.

Compra le mie casse, ne servono meno.

Parliamo di casse di vari costruttori ma omogenee fra loro.

Oggi, ad esempio, ci occupiamo di casse 2 vie full-range con woofer da 15” in reflex a radiazione diretta e driver a compressione con tromba, con crossover elettronico di qualche sorta. Un classico. Chi non le ha?

Ah, non importa se l’ampli è interno od esterno, sempre ampli è. Immaginiamo comunque, per la nostra discussione, di non aver limiti di potenza.

Troverete un sacco di venditori che vi racconteranno che le loro casse vanno più forte delle altre: è una balla, a meno che il confronto non venga condotto tra un giocattolo di cartone incollato con lo sputo e una cassa acustica. Spesso le balle vengono dette con convinzione ed in buona fede, per cui non fatene necessariamente una colpa a chi ve le racconta. Nella maggior parte dei casi si tratta di pura e semplice ignoranza, nulla di grave.

Se investite un po’ di tempo per esaminare i cataloghi dei produttori di altoparlanti professionali (sono pochi in tutto il mondo) scoprirete che tutti i woofer professionali da 15” [2], in fascia alta ed allo stato dell’arte, hanno la stessa sensibilità. Anche le potenze sopportate sono allineate[3].

Come fa un costruttore di casse acustiche a dichiarare pressioni, anche 10dB e oltre, tanto maggiori di altri? Perché ciò è permesso, se non può essere vero? Come fa una cassa a “fare di più” degli altoparlanti che usa?

Con la truffa? Truffa è una parola pericolosa e ho famiglia.

Il falso miracolo si ottiene, diciamo, imbrogliando le carte. Se misurassimo le casse tutte nelle stesse condizioni otterremmo, pinzillacchera più pinzillacchera meno, gli stessi risultati.

Vediamo oggi, tecnicamente, perché è così e anche come si fa ad imbrogliare le carte.

Partiamo dal woofer che, si fa per dire, è la parte complicata da spiegare.

L’altro elemento della nostra cassa due vie è il driver con la sua tromba.

 

 

Figura 1: Le curve di efficienza di due coni da 15” di produttori diversi, oltremodo simili tra loro.

Entrambe le curve sopra mostrate sono di woofer Italiani, ho chiesto all’editore di togliere i nomi per non mancare nei confronti di nessuno (altrimenti avrei dovuto metterne cinque).

Ebbene sì, i costruttori italiani letteralmente dominano il mercato mondiali negli altoparlanti professionali di alta qualità. Tutti i più prestigiosi nomi delle casse al mondo (a parte i due americani che se li costruiscono in casa) adottano componenti italiani costruiti nel triangolo magico fra Reggio Emilia, Firenze e Senigallia (con una puntatine a Milano a far losanga). Li trovate montati sulle vostre casse francesi, tedesche, americane o inglesi. Apri le tue casse e guarda. Con legittimo orgoglio si può dire che gli altoparlanti e i driver italiani sono i migliori del mondo o perlomeno se la giocano con chiunque e vincono quasi sempre. Non ci credi? Peccato.

I coni in questione sono un classico esempio di altoparlanti ottimizzati per l’uso a due vie in casse full range.

Prendiamo la figura 1. Le curve mostrano l’andamento della risposta con 2,83 V RMS applicati sull’impedenza nominale[4].

Vediamo che a 2 kHz l’altoparlante è ben oltre 103 dB e oltre 1 kHz non scende sotto i 100 dB SPL.

Il costruttore dichiara però correttamente che la sensibilità è di 99 dB con 1 watt ad 1 metro. Specifica inoltre che il dato è ottenuto calcolando la media tra 200 e 2000 Hz. L’esame della curva fornisce in dettaglio tutte le informazioni a tutte le frequenze e si vede come nella zona da 200 a quasi 1000 Hz ci si aggira tra i 98 ed i 99 dB.

Difficilmente un cono da 15” viene usato oltre 1300 Hz. Perché? vi chiederete.

Per due ragioni principali. Innanzi tutto il cono a quelle frequenze diventa direttivo a causa delle interferenze di emissione. La superficie del cono può essere studiata come composta da innumerevoli sorgenti semplici (e figurati se non era così). A frequenze inferiori le varie parti del cono collaborano fra loro interferendo in modo costruttivo; man mano che si sale in frequenza e le lunghezze d’onda si accorciano, fuori asse troveremo le cancellazioni[5] a causa delle differenze di percorso. Secondo: il cono, oltre una certa frequenza, non è più assimilabile ad un pistone perfetto ed entra nella zona cosiddetta di breakup. La risposta si impenna e si imbizzarrisce. Il cono si deforma in modo prevedibile ma incontrollato e schiamazza abbastanza malamente (distorce).

Ecco spiegato perché tutte le casse full range due vie di qualità con woofer da 15” sono tagliate intorno ad 1 kHz. Rarissimamente qualcuno arriva a 1500 Hz ma faccio fatica a perdonarlo.

La sensibilità 1 W @ 1 metro varia dunque per questo tipo di applicazione fra 99 e 100 dB.

Il singolo misero dB grattato in più richiede da parte del costruttore di altoparlanti una scelta che in genera limita leggermente la capacità di erogare energia nella parte bassa dello spettro. O perlomeno lo spostamento massimo lineare risulterà inferiore[6].

Mi spiego meglio. Se invece di una cassa a due vie, sempre con un 15”, voglio costruire un sub, mi converrà cercare un componente specializzato alla bisogna, con un’escursione maggiore, ovviamente con equipaggio mobile più pesante per una risonanza più bassa. Ciò da luogo ad una sensibilità inferiore, e di parecchio, rispetto al cono che sceglieremmo per una cassa a due vie.

Si parla infatti di 97 dB 1 W @ 1 metro, tenendo presente che grosso modo la media della sensibilità per un sub viene calcolata tra 100 e 1500 Hz, cioè giustamente un po’ più in basso rispetto al mid woofer.

Riassumendo: per una cassa a due vie, il cono nella zona di utilizzo, cioè tra 200 e 1300 Hz, produrrà 99 dB SPL con 1 W @ 1 m, media calcolata. O, al massimo, 100dB. Lo stato dell’arte è lì.

Tra parentesi i dati di sensibilità sono rimasti grosso modo gli stessi fin da quando ero ragazzino e avevo a che fare con altoparlanti statunitensi.

Bene: se la sensibilità è la stessa per tutti, sarà la potenza a fare la differenza, dirà qualcuno. Oggi l’argomento principale non sono gli altoparlanti e non vado nei dettagli[7]. Ovviamente, parlando di casse a radiazione diretta e pressione massima, l’altoparlante è tutto.

La nota a piè di pagina sui materiali offerti dalla industria chimica già ha detto molto.

Oltre al fatto termico, la potenza è limitata dall’escursione. L’altoparlante infatti si rompe per due ragioni: termica o meccanica. Nel primo caso si surriscalda la bobina e nel secondo si ha eccesso di escursione con conseguente danno meccanico. A volte, in conseguenza della sovraescursione, si ha anche surriscaldamento; la bobina fuori dal traferro cede infatti meno calore al complesso meccanico composto dal nucleo, dal magnete e dal cestello, che fungono da dissipatori.

Per quanto si possa dire fare baciare lettera testamento le potenze dissipabili sono più o meno le stesse per tutti. Qualcuno su un 15” con bobina da 75 mm dissipa 400 W (800 W di lavoro normale) qualcuno poco più di 500 (un migliaio circa di lavoro normale).

Bobine lunghissime in traferri profondi, grandi masse e grandi radiatori con un’ottima ventilazione dissipano anche qualcosa in più ma sono meno sensibili (sono i woofer per i sub…) e generano comunque minor pressione massima. Non servono allo scopo della nostra due vie.

È bene anche convincersi che al fine della pressione, 100 watt in più o in meno su 500 cambiano pochissimo. Fatevi da soli due conti. Basta ricordare che per incrementare la pressione di soli tre dB si deve raddoppiare la potenza elettrica immessa.

Bisogna inoltre considerare che quando ad un woofer da 500 W ne hai già cacciati dentro 1000, sperare che con un picco di 2000 il cono ti dia tre dB in più è assolutamente utopico. È già arrivato ai suoi limiti, sopra i quali lo si può immaginare come un compressore di dinamica fino a quando non si rompe.

A questo punto potremmo vedere di imbrogliare le carte, ma lo spazio è tiranno e ci toccherà aspettare il prossimo numero per proseguire il discorso. Coraggio: il bello deve ancora venire.



[1] Ovviamente non per gli aerodinamicisti.

[2] Si intende un woofer per uso in casse a due vie full range. Se prendi un medio avrai una sensibilità maggiore ma sarà incapace di riprodurre i bassi.

[3] Ci mancherebbe altro. I materiali usati provengono dall’industria chimica, accessibili a tutti i costruttori di altoparlanti. Termicamente la potenza retta dipende dal materiale di supporto della bobina e dalle resine impiegate per isolare il filo conduttore. È anche influenzata dalla capacità di smaltimento del calore del complesso meccanico.

[4] 2,83 V RMS applicati su 8 ohm equivalgono ad 1 watt

[5] Vedi “combinazione di sorgenti semplici” sul numero di marzo/aprile e l’approfondimento di questo numero.

[6] Moving Coil Loudspeaker Topology as an indicator of linear excursion capability, Gander, AES 1981;
Ray Newman, memos
, 1992
An Important Aspect of Underhung Voice-Coils: A Technical Tribute to Ray Newman, 121 AES convention, San Francisco Ottobre 2006

[7] Se provo in potenza un altoparlante in una stanza a 21° di temperatura nessuno mi vieta di averlo tenuto in congelatore fino al momento della prova.

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