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Dall'esame del Grafico n. 1, notiamo immediatamente le diverse "curve di sensazione" dell'orecchio umano, al variare del livello di pressione acustica o potenza sonora. Le caratteristiche comuni di tali curve sono:
una zona centrale di maggiore sensibilità dell'orecchio umano, settore dove è possibile percepire differenze nell'ordine di 1 Decibel (dB).
due zone esterne a questa, dove la capacità di discernimento dell'orecchio umano si deprezza notevolmente, soprattutto alle basse frequenze.
In particolare, queste curve sono dette di "isosensazione" o "isofoniche", dalla denominazione dell'unità di misura, il "phon", utilizzata per definire la "sensazione sonora". Come potete vedere, la curva di sensazione sonora minima corrispondente a 10 phon, ha un andamento tutt'altro che lineare.
Nella "scala verticale" è riportata la pressione acustica misurata in Decibel (dB).
Il confronto tra le due misure è drammatico: una sensazione uditiva di 10 phon a 20 Hz, corrisponde ad una pressione acustica di 78 dB, mentre la stessa sensazione uditiva a 5.000 Hz misura 5 dB.
Risultato: è assolutamente impossibile avere la sensazione d'udire i 20 Hz, se non si raggiungono o si superano i 78 dB di pressione acustica. Inoltre, è necessario che l'ambiente d'ascolto abbia una diagonale pari a Fa/2, ossia 8,6 metri. Nel caso contrario, occorrerà uscire dalla stanza, per permettere alla frequenza d'estendersi in tutta la sua lunghezza ed udirla.
Affermavo poc'anzi, che la sensazione uditiva minima a 5.000 Hz, corrisponde in assenza di rumore ambientale, ad una pressione acustica di 5 dB, corrispondente ad una sensazione uditiva pari a 10 phon. Ben 73 dB di pressione acustica dividono le due frequenze, anche se all'atto pratico la sensazione sonora risulta identica. La causa di questa differenza, risiede nella particolare struttura meccanica dell'orecchio umano, e nulla possiamo farci.
Per fortuna, il rumore ambientale ci viene incontro, portando la differenza di pressione tra le due frequenze a soli, si fa per dire, 43 dB, se tale rumore è stimato in 30 dB. Appurato questo stato di cose, ritengo che 43 dB di differenza con la banda passante di un diffusore, corrisponda ad una risposta in frequenza virtualmente piatta. A patto però, che la frequenza di 20 Hz, sia ad una pressione acustica minima di 78 dB.
È proprio in questo settore di frequenze, che si differenziano maggiormente i minidiffusori dai grandi sistemi.
Qui non si parla di risposta in frequenza elettrica, che tanti programmi per computer sono in grado di farvi vedere, anche utilizzando woofer da 11 centimetri di diametro. Io vi sto parlando della potenza sonora o pressione acustica misurata ad 1 Watt, ed il computer non sa nemmeno cosa sia, questa potenza.
Perciò, anche l'orecchio umano è un trasduttore non lineare. E la risposta in frequenza di un diffusore, dovrebbe ricalcare le curve d'isosensazione.
Adesso analizziamo il grafico n. 2.
La linea esterna, è data dalla somma delle curve d'isosensazione minima e massima del grafico precedente. L'interno della curva determina la zona d'udibilità dell'orecchio umano.
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All'interno di tale area se ne trovano altre due:
zona delle parole e
la zona della musica.
Dove un diffusore non può fallire, è proprio nella riproduzione della zona delle voci umane.
L'analisi di questi grafici, ci fornisce una prima ed inequivocabile risposta: se vuoi che un diffusore riproduca un buon suono, è meglio non "giocare" nella zona di massima sensibilità dell'orecchio umano, corrispondente alla zona delle "parole".
Siamo perciò obbligati ad utilizzare un solo tipo d'altoparlante, per riprodurre tale area di frequenze.
In questo modo non ci saranno interferenze, dovute all'utilizzo di due o tre componenti diversi, e all'impiego di un filtro crossover per incrociarli. Nemmeno dieci e più anni di ricerche e studi, permetterebbero a chiunque, d'essere in grado d'elaborare un sistema di diffusione del suono, dotato d'un incrocio in questa zona di frequenze, in grado d'ingannare l'orecchio più raffinato.
Il problema, è trovare un trasduttore adatto a riprodurre tale gamma di frequenze.
L'impresa è impossibile. Data la larghezza di banda interessata, non meno di dieci ottave, l'altoparlante dovrebbe possedere i seguenti requisiti:
Un' elevata superficie radiante, per riprodurre la parte bassa dello spettro senza distorsione.
Una membrana vibrante avente una bassissima massa, unito ad una piccola superficie d'emissione, per riprodurre senza colorazioni, i transienti musicali della parte alta dello spettro; situazione questa, in antitesi al punto 1.
Un'elevata tenuta in potenza, in quanto dovrà sopportare l'ottanta per cento del segnale musicale.
Un'opportuna escursione, in modo da riprodurre elevate pressioni acustiche.
Una risposta identica alle diverse angolazioni (15°- 30°- 45°), in modo da evitare l'insorgenza di differenti risposte acustiche, al variare dello spostamento della posizione d'ascolto.
Un fattore di accelerazione ed un tempo di decadimento da primato.
Alle diverse sollecitazioni, l'altoparlante dovrà reagire con distorsioni contenute.
Immaginate che strano altoparlante debba essere.
Si chiede ad un trasduttore, di possedere un diaframma leggero, e pesante. Una superficie radiante elevata, e piccola al tempo stesso. Grandi escursioni, e ridotte distorsioni.
In realtà, la soluzione è molto più semplice di quanto si possa immaginare: basta utilizzare più trasduttori di piccole dimensioni, collegati in serie-parallelo. In questo modo centriamo in pieno tutti i requisiti prima elencati, e ne possiamo raggiungere altri, primo fra tutti la "Sorgente Lineare Cilindrica" (Cylindrical Line Source ®).
Francesco Piccione
Paragrafo estratto da Costruire Hi-Fi n. 36 Ottobre 1998.
Aggiornato su HI-FIGUIDE n. 6, Ottobre 2007.
Monografia: Francesco Piccione, "Della Progettazione dei diffusori©".
Monografia: Francesco Piccione, "L'Organo dell'Udito e la Sensazione Sonora©".
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