Manuale rapido del tecnico del suono
Indice:
1. Fondamentali di Elettronica
2. Gli Effetti
3. Cavi e connettori
4. Casse e diffusori
5. Il mixer
6. Il live
7. Amplificazione
4.1. Introduzione
In questa sezione verranno esposte le nozioni fondamentali di elettronica che consentono una comprensione
approfondita di tutti gli argomenti trattati in questo corso. Praticamente ogni aspetto dell'ingegneria del
suono, nel momento in cui una pressione sonora viene convertita in un segnale elettrico, coinvolge principi e
leggi di elettronica; la comprensione di tali concetti permette di operare con cognizione di causa all'interno
del contesto con cui si ha a che fare e di ottenere i migliori risultati. Nel seguito verrà spiegata la natura
dell'elettricità e il suo impiego in semplici circuiti al cui funzionamento potrà essere ricondotto a quello delle
macchine comunemente impiegate nella pratica audio.
4.2. L'elettricità
Questo è un termine generico che racchiude in sé una serie di grandezze e di regole che ci apprestiamo ad
approfondire. Per ogni grandezza che verrà introdotta, verrà anche associata una lettera che la identifica
all'interno delle formule e dei circuiti in cui questa è coinvolta. La grandezza fisica più importante è la
corrente (I) che viene misurata in Ampere, generata dallo scorrimento di elettroni all'interno di un
conduttore. Quest'ultimo, come ogni elemento fisico esistente, è composto da atomi, essendo un atomo
schematizzabile come una particella dotata di un nucleo che possiede una carica definita convenzionalmente
come positiva e un certo numero di elettroni (caricati negativamente) che orbitano attorno al nucleo
(naturalmente le cose stanno in modo infinitamente più complicato ma questo è un corso di Ingegneria del
suono e non di Meccanica Quantistica e quindi ci sentiamo liberi di operare le semplificazioni necessarie alle
nostre dissertazioni, purchè queste non stravolgano troppo la realtà). Gli elettroni sono trattenuti dal nucleo
dalla opposta polarità in quanto due elementi dotati di carica opposta si attraggono mentre due elementi con
stessa polarità si respingono. La forza con cui questi due poli si attraggono varia a seconda del tipo di atomo
(ossia a seconda del materiale che stiamo considerando): per i metalli è una forza molto debole, per i
materiali isolanti è una forza molto più difficile da vincere. Come vedremo, è questo il motivo per cui i metalli
sono degli ottimi conduttori mentre gli isolanti non lo sono. Consideriamo infatti un cavo di rame, materiale
altamente conduttore, ai cui due estremi applichiamo due cariche: una positiva e una negativa.
Generazione di una corrente
Gli elettroni appartenenti agli atomi di rame all'interno del conduttore, essendo di polarità negativa, verranno
attirati verso la carica positiva e respinti dalla carica negativa. Proprio perché il legame tra gli elettroni e il
nucleo è molto debole nei materiali conduttori, gli elettroni vengono 'strappati' al nucleo generando così un
flusso di cariche (q). La misura della quantità di carica viene data in Coulomb (C). A questo punto ne
sappiamo abbastanza per definire una corrente come la quantità di carica che scorre in un conduttore
nell'unità di tempo. La misura della corrente viene data in Ampere [6]. Definiamo meglio le cariche che
abbiamo applicato al conduttore. Un accumulo localizzato di cariche di segno positivo o negativo viene
definito come potenziale. Applicando due cariche diverse ai capi del conduttore si genera una differenza di
potenziale che viene definita come tensione (V) e viene misurata in Volt. Applicando una tensione ai capi di
un conduttore si ingenera lo scorrimento di una corrente il cui valore dipende dalla tensione applicata e dalle
caratteristiche del conduttore.
Quando la corrente o la tensione sono costanti nel tempo di parla di tensione o corrente continua mentre
quando variano nel tempo si parla di tensione o corrente alternata. Un classico esempio di tensione alternata
è quello delle normali prese di corrente casalinghe in cui troviamo una tensione alternata di andamento
sinusoidale con frequenza pari a 50 Hz e ampiezza costante pari a 220 Volt.
4.3. Componenti elettronici
La storia dell'elettronica è stata segnata dall'introduzione di componenti che hanno aperto a nuove soluzioni e
tecnologie. La vera rivoluzione si è avuta con l'introduzione del transistor, preceduta da quella del diodo, che
ha segnato la nascita definitiva dell'elettronica digitale portando all'introduzione dei microprocessori. Nel
seguito vengono illustrati i principali componenti e le loro caratteristiche.
4.3.1. Resistenza
La resistenza è un componente che si oppone al passaggio di corrente elettrica dissipando energia sotto
forma di calore. Viene indicata con la lettera R e viene misurata in Ohm. Come vedremo meglio più avanti
descrivendo la legge di Ohm, la resistenza lega in un'unica formula la tensione V e la corrente I. In
particolare, applicando una tensione V ad una resistenza R si genera il passaggio di una corrente I e le tre
grandezze in gioco sono legate dalla relazione:
Equazione 4.1. Legge di Ohm
4.3.2. Condensatore
Questo componente è costituito da due placche parallele di metallo poste ad una distanza molto piccola.
Se alle due placche viene applicata una tensione, queste sono in grado di mantenere la carica accumulata
generando così un campo elettrico all'interno della fessura, che è assimilabile al passaggio di una corrente,
come viene mostrato in figura:
Carica di un condensatore
La quantità di carica che un condensatore è in grado di immagazzinare viene chiamata capacità (C) e viene
misurata in Farad. La figura mostra un condensatore di capacità C a cui viene applicata una tensione V. La
formula che lega capacità, tensione e carica accumulata è la seguente:
Equazione 4.2. Carica di un condensatore
Quando ad un condensatore inizialmente scarico viene applicata una tensione, questo si cominicia a
caricare finchè non raggiunge il massimo della carica che può accumulare. Oltre questo punto il
condensatore non è ulteriormente in grado di immagazzinare carica e, se la tensione viene rimossa, il
condensatore rimane carico. Un condensatore carico presenta una tensione costante ai suoi capi e se viene
connesso ad una resistenza si scarica su questa generando una corrente. I due processi di carica e scarica
di un condensatore non sono istantanei ma avvengono in un certo tempo che dipende dalle caratteristiche
del condensatore e del circuito in cui è inserito. Durante la carica del condensatore, si ha un movimento di
cariche di segno opposto che si accumulando sulle due placche e questo movimento di cariche genera una
corrente. Quando il condensatore è completamente carico, non permette l'accumulo di ulteriori cariche e
dunque si comporta come un circuito aperto che impedisce il passaggio di corrente. Questo
comportamento è alla base del funzionamento dei filtri passa-alto [Filtri] . Pensiamo di applicare al
condensatore una tensione con un andamento sinusoidale. Se la frequenza della sinusoide è tale che la
semionda positiva è più rapida del tempo di carica del condensatore, questo non farà in tempo a
raggiungere la sua massima carica e sopraggiungerà la semionda negativa a scaricarlo. In questo modo il
passaggio di corrente all'interno del condensatore non si interrompe mai. Viceversa nel caso di una
frequenza bassa, il condensatore raggiunge la sua carica massima prima che la semionda positiva si
esaurisca e in quel momento blocca il passaggio di corrente. Dunque un condensatore blocca il passaggio
delle basse frequenze (che ne provocano la carica completa che interrompe il passaggio di corrente) e può
essere impiegato come filtro passa alto:
Semplice filtro passa-alto
4.3.3. Induttore
Quando un conduttore viene immerso in un campo magnetico, quest'ultimo attira gli elettroni all'interno
del conduttore mettendoli in movimento e questo genera una corrente. Viceversa, in prossimità di un
conduttore attraversato da una corrente si genera un campo magnetico le cui linee di forza si
distribuiscono come in figura:
Campo magnetico indotto da una corrente in un conduttore
Nei circuiti l'induttore viene identificato con la lettera L e il suo valore di induttanza viene misurato in
Henry. Un induttore è in sostanza un conduttore avvolto in forma di spirale. Quando viene percorso da una
corrente, si genera un campo magnetico le cui linee di forza si distribuiscono come in figura:
Campo magnetico indotto da una corrente in un induttore
Un induttore può essere efficacemente impiegato come filtro passa-basso sfruttando una proprietà di
inerzia del campo magnetico. Applicando una corrente con un'andamento sinusoidale viene generato un
campo magnetico anch'esso sinusoidale. Tuttavia se la frequenza è troppo elevata, la semionda negativa
genera un campo magnetico con linee di forza opposte a quelle generate dalla semionda positiva che non
hanno ancora fatto in tempo a estinguersi; in questo modo viene impedito il passaggio di corrente. La
figura seguente mostra un esempio di circuito con funzionalità di filtro passabasso:
Semplice filtro passabasso
Combinando le azioni di condensatori e induttori si possono realizzare circuiti con funzionalità di filtro
passa-banda:
Semplice filtro passabanda
4.3.4. Impedenza
Quando ad un condensatore viene applicato un segnale contenente un insieme composito di frequenze,
come un segnale audio, reagisce in modo diverso per ogni componente di frequenza. Inoltre, essendo ogni
componente costruito con materiali che hanno una determinata resistenza, per identificare il
comportamento del componente si utilizza una grandezza che tiene conto di queste caratteristiche. La
grandezza prende il nome di impedenza e viene indicata con la lettera Z. Per un condensatore assume il
valore seguente:
Equazione 4.3. Impedenza del condensatore
La formula indica che l'impedenza di un condensatore dipende dalla frequenza. Inoltre ha due componenti:
la prima prende il nome di resistività e dà una misura dell'effettiva resistenza del componente, la seconda
prende il nome di reattanza e introduce la dipendenza dalla frequenza. Infine il simbolo j indica che la
reattanza è un numero immaginario. Non spaventatevi, non sarà necessario andare più a fondo di così. Ciò
che è stato detto finora sarà sufficiente per capire le implicazioni che queste questioni hanno sul segnale
audio e i circuiti che lo manipolano. Notare che per f=0 (è il caso della corrente continua), l'impedenza del
condensatore diventa infinita simulando un circuito aperto mentre per f=infinito l'impedenza coincide con
la resistenza.
Analogamente, per l'induttore abbiamo un valore di impedenza pari a:
Equazione 4.4. Impedenza dell'induttore
Notare che per f=0 l'impedenza conincide con la resistenza mentre per f=infinito l'induttore si comporta
come un circuito aperto. Da questo punto di vista, condensatore e induttore hanno comportamenti opposti.
4.3.5. Diodo
Questo componente permette il passaggio di corrente in un solo verso. Applicando una tensione con un
certa polarità ai suoi capi si ha uno scorrimento di corrente. Applicando la polarità opposta non si ha
passaggio di corrente. Il simbolo utilizzato nei circuiti per rappresentarlo è il seguente:
Diodo
Un particolare tipo di diodo è il LED (Light Emitting Diode). Questo componente ha la proprietà di liberare
un fascio di fotoni (in soldoni: si illumina) quando viene percorso da una corrente.
4.3.6. Transistor
Un transistor è ottenuto configurando opportunamente due diodi. È dotato di tre connettori: base,
collettore ed emettitore.
Il suo simbolo è il seguente:
Transistor
Viene utilizzato in diverse modalità e configurazioni. Quella che interessa nella pratica audio è la sua
funzione di amplificazione.
Un transistore è in grado di fornire un'amplificazione di potenza così come un'amplificazione di tensione o
di corrente. Vediamo un esempio del suo funzionamento.
Applicando una piccola variazione di tensione tra emettitore e base si produce una escursione
relativamente elevata della corrente sull'emettitore. Una frazione di questa variazione di corrente, viene
raccolta dal collettore aumentando in questo modo la differenza di potenziale tra base e collettore. Quindi,
una piccola variazione di potenziale applicata tra base ed emettitore produce una relativamente elevata
variazione di tensione tra base e collettore realizzando dunque un'amplificazione di tensione.
4.3.7. Amplificatore operazionale
Questo tipo di amplificatore è in grado di amplificare una differenza di segnali. Il simbolo usato è il
seguente:
Amplificatore operazionale
Viene comunemente usato come stadio di ingresso per le connessioni bilanciate che sono descritte nel
dettaglio nella sezione relativa alle connessioni [Connessioni Elettriche Bilanciate] e nei fader di tipo VCA
[Controlli VCA] .
4.3.8. Trasformatore
Questo componente sfrutta l'induzione elettromagnetica [7] dei conduttori disposti in forma di
avvolgimento. Se nelle vicinanze di un avvolgimento percorso da corrente, poniamo un altro avvolgimento,
il campo magnetico del primo investirà il secondo inducendo al suo interno una corrente. Il numero di spire
di ogni avvolgimento determina la differenza tra le due correnti e di conseguenza determina il rapporto tra
le tensioni ai capi dei due avvolgimenti. Dunque un trasformatore, come dice il nome, trasforma una
tensione in un'altra. La figura seguente mostra un trasformatore in sui l'avvolgimento primario ha 20 spire
e il secondario 10. Applicando una tensione di 10 V al primario si ottiene una tensione di 5 V sul
secondario:
Trasformatore
Un'altra importante proprietà del trasformatore consiste nel fatto che può fungere da adattatore di
impedenza. Come vedremo parlando della catena di amplificazione nella relativa sezione, è necessario che
quando si connettono due componenti, l'impedenza di uscita del primo e quella di ingresso del secondo
abbiano valori che rispettano un ben preciso rapporto. Quando si rende necessario cambiare il valore
dell'impedenza (ossia realizzare un adattamento di impedenza), lasciando invariate le altre grandezze
elettriche, si può ricorrere ad un trasformatore in cui si agisce sul rapporto tra il numero di spire del
primario e del secondario.
4.4. Legge di Ohm
La legge di Ohm lega in un'unica formula le grandezze coinvolte in un circuito ossia: tensione (V), corrente
(I) e resistenza (R). Ha tre espressoni che sono equivalenti e provengono da semplici operazioni algebriche
sulla formula di base:
Facciamo un esempio pratico per toccare con mano queste grandezze. Applicando una tensione di 220 Volt
ad un conduttore di 50 Ohm abbiamo una corrente pari a:
Equazione 4.5. Calcolo della corrente con la legge di Ohm
4.5. Potenza
In fisica, la potenza è pari al lavoro compiuto da una sorgente di forza quando produce uno spostamento
nell'unità di tempo. In altre parole, se immaginiamo di prendere un peso e spostarlo di qualche metro
abbiamo compiuto un lavoro che misuriamo come potenza. In elettronica la potenza viene calcolata in modo
diverso ma è importante il fatto che in qualsiasi contesto fisico si calcoli la potenza i risultati sono tutti
equivalenti. Per immaginare questo fatto pensiamo ad un esempio concreto: un amplificatore che pilota un
altoparlante. Per spostare la membrana dell'altoparlante (la quale a sua volta provocherà lo spostamento
d'aria) dobbiamo compiere un lavoro che equivale a una potenza. Dunque il nostro amplificatore dovrà
sviluppare una potenza elettrica equivalente alla potenza fisica necessaria per mettere in movimento la
membrana.
La legge di Ohm può assumere molteplici espressioni oltre alle tre viste in precedenza. Una di queste
coinvolge al suo interno la definizione di potenza che viene definita come prodotto della tensione per la
corrente e viene misurata in Watt:
Equazione 4.6. Potenza
Sostituendo V o I con le espressioni della legge di Ohm otteniamo:
Equazione 4.7. Legge di Joule
Questa formula prende il nome di Legge di Joule
4.6. Forza elettromotrice
Il miglior esempio di forza elettromotrice è dato dalle comuni batterie. Queste sono in grado di fornire ai
propri capi una differenza di potenziale costante finchè non si esauriscono. Ciò viene realizzato abbinando
opportuni elementi chimici all'interno che, venendo in contatto, generano elettroni. Man mano che gli
elettroni vengono consumati (abbiamo per esempio messo le pile in una torcia elettrica), i componenti chimici
si modificano perdendo progressivamente le loro proprietà. Quando i componenti non sono più in grado di
fornire elettroni, la pila è esaurita.
Riassumendo: un elemento (batteria) che fornisce una forza elettromotrice presenta ai suoi capi una tensione
costante.
4.7. Circuiti elettrici
Quando componenti elettrici vengono collegati tra loro per ottenere un determinato risultato si è realizzato un
circuito elettrico. I circuiti elettrici possono essere schematizzati utilizzando una opportuna simbologia per i
componenti e le grandezze elettriche che sono coinvolte. Ogni componente reagisce secondo regole diverse
alle grandezze elettriche che lo sollecitanto; attraverso gli schemi elettrici e le formule ad essi associate è
possibile avere un controllo completo sul funzionamento del circuito. Nel circuito seguente evidenziamo come
applicando una tensione ai capi di una resistenza, generiamo al suo interno uno scorrimento di corrente.
Semplice circuito
Vediamo ora una serie di semplici circuiti che tuttavia sono importanti perchè a questi possono essere
ricondotti casi di circuiti più complicati.
Circuito in serie: In questo tipo di circuito la corrente passa interamente attraverso ciascuna delle
resistenze:
Circuito con resistenze in serie
L'intero circuito ha una resistenza equivalente pari alla somma delle resistenze messe in serie:
Equazione 4.8. Resistenza equivalente di due resistenze in serie
Notiamo che il valore totale aumenta all'aumentare delle resistenze.
Circuito in parallelo: In questo tipo di circuito, la corrente viene suddivisa in più parti ognuna delle
quali scorre in una delle resistenze. Più la resistenza è bassa più è grande la quota parte di corrente
che la attraversa:
Circuito con resistenze in parallelo
L'intero circuito ha una resistenza equivalente data dalla seguente formula:
Equazione 4.9. Resistenza equivalente di due resistenze in parallelo
cioè il valore totale diminuisce all'aumentare del numero di resistenze in parallelo.
Partitore resistivo: Questo tipo di circuito viene utilizzato quando è necessario suddividere la
tensione di cui si dispone in tensioni più piccole:
Partitore resistivo
Equazione 4.10. Formule che descrivono il partitore resistivo
4.8. Impedenza di un circuito
I circuiti visti finora impiegano componenti quali resistenze, condensatori e induttori. Finchè le tensioni e le
correnti impiegate sono continue ossia hanno ampiezza costante, i valori di resistenza, capacità, induttanza si
mantengono costanti. Tuttavia quando questi circuiti vengono alimentati con tensioni e correnti alternate
(sinusoidi a frequenza fissata oppure segnali, quali il segnale audio, contenenti un'insieme esteso di
frequenze) i valori dei componenti variano al variare della frequenza. Ciò implica che un circuito reagisce
diversamente alle diverse frequenze. Limitandoci ai tre componenti R, L, C finora visti, possiamo introdurre la
legge di Ohm generalizzata che prende la forma seguente:
Equazione 4.11. Legge di Ohm generalizzata
Questa scrittura significa che tutte le grandezze coinvolte dipendono dalla frequenza. In particolare il valore
Z(f) misura l'impedenza ossia la quantità di resistività e reattanza complessive del'intero circuito. Essendo
queste grandezze variabili, non potranno essere descritte da un semplice valore costante ma piuttosto
verranno rappresentate su un grafico che ne mostrerà il valore per tutti i valori di frequenza dei segnali
coinvolti nel circuito. In realtà tutte queste grandezze vengono descritte da due grafici, uno relativo
all'ampiezza (indicato con la lettera A) e uno alla fase (indicato con la lettera Fi). Verrà ora presentato un
esempio che illustra praticamente tutti i concetti fin qui esposti.
Consideriamo un filtro passa alto che come abbiamo visto prevede l'impiego di un condensatore. Dato che
l'altoparlante può essere visto dal punto di vista del circuito come una resistenza (per essere precisi viene
visto come un'impedenza ma in questo caso possiamo trascurare la parte di reattanza). Dunque il circuito
passa-alto avrà lo schema seguente:
Filtro passa-alto
L'impedenza di questo circuito sarà data dalla formula:
Equazione 4.12. Impedenza del filtro passa-alto
in cui Rc è la parte di resistività del condensatore. Attraverso qualche calcolo (che però non viene mostrato in
quanto implica conoscenze matematiche sui numeri immaginari) possiamo calcolare ampiezza e fase della
grandezza Z al variare della frequenza. Più che il calcolo ci interessa l'andamento delle due curve e il loro
significato. Un generico filtro potrebbe avere le seguenti curve per l'ampiezza e la fase:
Diagrammi di ampiezza e fase dell'impedenza di un filtro passa-alto
[6]
Diagramma di Ampiezza: dato che in un filtro passa alto tutte le frequenze minori della frequenza di
taglio (440 Hz) vengono eliminate dal segnale ciò significa che l'impedenza a tali frequenze è molto
alta per impedire al segnale di passare. Sopra i 440Hz abbiamo un guadagno di 0dB ossia impedenza
nulla e ciò significa che al di sopra della frequenza di taglio tutte le ampiezze restano inalterate.
Diagramma di fase: Questo diagramma mostra lo sfasamento tra le due grandezze legate
dall'impedenza. Nel nostro caso la tensione V(f) del circuito e la corrente I(f) che attraversa i
componenti. Si vede dal grafico come per frequenze inferiori alla frequenza di taglio le due grandezze
sono in fase mentre oltre la frequenza di taglio vanno in opposizione di fase: se V(f) fosse una
singola frequenza avremmo una I(f) alla stessa frequenza di V(f) ma sfasata con la V(f) di 180 gradi.
Dunque la fase è un fattore molto importante, anche se spesso trascurato, nella pratica audio in
quanto può introdurre vistosi effetti indesiderati. Generalmente si desidera una diagramma di fase
piatto a 0 gradi, tutte le grandezze sono in fase e non ci sono problemi. Tuttavia ciò non è possibile
in quanto i componenti dei circuiti introducono ognuno uno sfasamento diverso alle differenti
frequenze. Esistono comunque metodi matematici molto sofisticati per progettare circuiti con gli
andamenti di ampiezza e fase desiderati.
Come in tutte le formule fisiche, attenzione a non confondere il simbolo della grandezza (I per la corrente)
con il simbolo della sua misura (A di Ampere che da una misura della corrente), diremo che una corrente I
misura per esempio 5 Ampere. Per definizione 1 Ampere è la corrente generata da una carica di 6.26x1018
elettroni che passa attraverso un conduttore in 1 secondo.In formule: Q = I x t (Q=carica, misurata in
Coulomb, I=corrente, misurata in Ampere, t=tempo, misurato in secondi).
[7]
Con il termine induzione si indica l'azione elettromagnetica di un componente elettrico su un altro che si
trova nel raggio d'azione del suo campo magnetico.
GLI EFFETTI
In questa sezione verranno illustrati i principali metodi di manipolazione del segnale audio e le relative
apparecchiature utilizzate. Per comodità ci riferiremo a qualsiasi apparecchiatura in esame con il termine di
'effetto' puntualizzando però preventivamente un'importante differenza ossia che gli effetti si dividono in due
categorie: gli effetti veri e propri e i processori di segnale. Appartenenti alla prima categoria si intendono i
moduli che realizzano una manipolazione su una parte del segnale. All'interno di questi il segnale viene
separato in due, una parte raggiunge direttamente l'uscita mentre l'altra passa attraverso il circuito per essere
manipolata. All'uscita del modulo un miscelatore permette di riunire i due segnali, uno non manipolato (dry asciutto) e uno manipolato (wet - bagnato). Lo schema elettrico della composizione dei due suoni è il seguente:
Azione di un effetto sul segnale
La caratteristica degli effetti consiste nel fatto che il segnale asciutto e quello bagnato vengono sommati in
parallelo. Appartenenti alla seconda categoria si intendono invece moduli che realizzano una manipolazione
sull'intero segnale.
Azione di un processore di segnale
In questo caso i moduli sono disposti in serie.
L'evoluzione dell'elettronica al pari delle conoscenze intrinseche del suono hanno permesso la messa a punto di
una serie di circuiti che sono divenuti indispensabili nella pratica. L'evoluzione dell'elettronica digitale ha
permesso un ulteriore progresso in questo senso con l'introduzione di moduli in grado di manipolare il segnale
in via matematica piuttosto che elettrica. Attualmente il mercato è sommerso da un'infinità di effetti diversi con
le finalità più impensate. Alcuni di questi sono assolutamente indispensabili, altri sono da considerare strumenti
di lusso con i quali dare un tocco in più al proprio lavoro, altri ancora sono effetti talmente particolari che
possono essere impiegati solo in determinate situazioni e dunque risultano poco utilizzabili ai fini della pratica
quotidiana. Tutti gli effetti citati in questa sezione possono essere realizzati attraverso circuiti elettrici,
attraverso circuiti digitali che applicano determinati algoritmi o ancora attraverso moduli che combinano le due
modalità. I circuiti elettrici prelevano il segnale che viene loro fornito in ingresso e lo manipolano facendolo
passare attraverso oppurtuni circuiti che ne modificano le caratteristiche (come ad esempio l'ampiezza o il
contenuto in frequenza). La qualità del modulo impiegato in questo caso dipende dalla qualità dei singoli
componenti elettrici (resistenze, condensatori, induttanze, connettori ecc.) e dalla qualità del progetto del
circuito. I circuiti digitali hanno un funzionamento completamente diverso. Il segnale in ingresso viene
campionato e memorizzato in una memoria digitale (RAM). Successivamente un circuito digitale (composto da
circuiti integrati) esegue operazioni matematiche sui dati memorizzati secondo un algoritmo che simula una
situazione reale [Simulazione di effetti analogici] .
Dividiamo dunque gli effetti genericamente detti in due categorie: gli effetti veri e propri e i processori di
segnale. Nel seguito verrà data ampia descrizione di entrambi.
7.3. Processori di segnale
7.3.1. Compressore
È sicuramente il processore più importante. Il
compressore agisce sulla dinamica [Dynamic Range] del
segnale di ingresso riducendone l'ampiezza quando
questa supera una certa soglia; la riduzione viene
espressa con un rapporto, per esempio 3:1. Ciò significa
che quando il segnale supera la soglia, la parte di
segnale al di sopra di questa viene ridotta di 1/3:
Dinamica normale e compressa
Nella figura precedente abbiamo sulla sinistra il segnale
che si presenta all'ingresso del compressore. Sulla
sinistra vediamo le ampiezze di riferimento misurate in
dBu e possiamo notare che il segnale ha una dinamica
di 50 dB. La figura mostra anche la soglia scelta per
l'azione del compressore: -20 dB. Nella figura di destra
vediamo il risultato di una compressione 3:1. La parte di
segnale al di sotto della soglia è rimasta invariata
mentre la parte superiore è stata ridotta a 1/3 e dunque
la parte di dinamica superiore alla soglia che era di 30
dB si è ridotta a 10 dB. La dinamica complessiva è
dunque stata ridotta da 50 dB a 30 dB.
Vediamo ora nel dettaglio i controlli del compressore:
Threshold (Soglia): Questo valore è espresso in
dB e determina la soglia oltre la quale il
compressore entra in azione.
Ratio (Rapporto): Quantifica la riduzione di
ampiezza del segnale al di sopra della soglia.
Alcuni rapporti tipici sono:
o 1:1 - Assenza di compressione, il
segnale di uscita è lo stesso del segnale
di ingresso.
o 2:1 - Il segnale al di sopra della soglia
viene dimezzato. Se il segnale supera
la soglia di 10 dB il suo valore verrà
ridotto a 5 dB sopra la soglia.
o Altri valori sono 3:1, 4:1 ecc. Per valori
superiori a 10:1 il compressore si
comporta
praticamente
come
un
limitatore [Limiter] .
Nella figura seguente viene mostrata la curva di
compressione di un compressore per diversi
valori del rapporto di compressione:
Curva di compressione
La figura mostra l'ampiezza del segnale di
uscita in funzione di quello di ingresso. Si vede
che fino al valore di soglia l'ampiezza del
segnale di uscita è la stessa di quella del
segnale di ingresso. Oltre interviene la
compressione
secondo
il
rapporto
di
compressione impostato.
Attack time (Tempo di attacco): Indica il tempo
impiegato dal compressore per entrare in
azione dopo che il segnale ha superato la soglia
e viene indicato in millisecondi. Nella figura
seguente vengono paragonate due situazioni
con tempo di attacco corto e lungo.
CAVI E CONNETTORI
8.1. Introduzione
I cavi svolgono la funzione di trasportare un segnale elettrico da un punto a un altro. Ne esistono di diversi tipi
e destinati agli usi più disparati anche in funzione del tipo di segnale che trasportano.
Alle estremità dei cavi sono montati i connettori; anch'essi diversi a seconda del tipo di segnale che il cavo
trasporta. Il trasporto del segnale elettrico da parte di un cavo deve avvenire introducendo la minima
distorsione possibile. Un cavo è composto da materiale conduttore, maggiore è la sua qualità (e questo spesso
significa un prezzo maggiore) maggiori sono le sue capacità conduttive. Naturalmente non esiste un conduttore
che non introduca nessuna resistenza dunque ogni cavo introduce una caduta di tensione ai suoi capi che
dunque si traduce in una perdita sul segnale tanto più accentuata quanto maggiore è la lunghezza del cavo. La
perdita di segnale lungo un cavo si misura in dB/m o dB/Km (un cavo lungo 5 metri che ha una perdita di 2
dB/m introduce una attenuazione pari a 10 dB sul segnale che lo attraversa).
8.2. Connessioni Ottiche
Vengono utilizzate generalmente per la trasmissione di segnali digitali. Lo schema della connessione
comprende un LED, una fibra ottica e un foto-diodo secondo lo schema seguente:
Schema di una connessione ottica
La trasmissione del segnale (un fascio di fotoni) avviene attraverso la fibra ottica che ha la struttura
schematizzata nella figura seguente:
Propagazione di fotoni all'interno di una fibra ottica
La fibra ottica ha un rivestimento esterno denominato cladding e una struttura interna che prendo il nome di
core. La differenza di indice di rifrazione tra i due mezzi permette alla luce (che altro non è che un'onda
elettromagnetica ad una certa frequenza) di essere riflessa e di propagarsi all'interno della fibra.
Naturalmente non tutta l'onda viene riflessa, una parte viene assorbita introducendo una degradazione del
segnale che aumenta con la distanza. Tuttavia tale assorbimento è praticamente trascurabile poiché
introduce una distorsione dell'ordine di 0.5 dB/Km.
8.3. Connessioni Elettriche
Vengono utilizzate per la trasmissione di segnali elettrici. A volte i segnali da trasportare hanno un voltaggio
talmente basso da essere fortemente soggetti a interferenze sia elettrostatiche che elettromagnetiche e
dunque nella progettazione di cavi si introducono soluzioni tecniche per ridurre l'entità di queste interferenze.
8.3.1. Connessioni Elettriche Sbilanciate
Sono costituite da due conduttori: uno trasporta il segnale, l'altro svolge la funzione di massa. Il
conduttore di massa viene utilizzato come schermo contro le interferenze elettrostatiche. Viene infatti
avvolto attorno al cavo che trasporta il segnale realizzando così la cosiddetta gabbia di Faraday [9] ed
eliminando così l'effetto dell'interferenza elettrostatica.
La figura seguente mostra un cavo sbilanciato connesso ad un connettore di tipo jack da 1/4" a due poli:
Connessione sbilanciata
Si può notare come il cavo che trasporta il segnale venga connesso alla punta del jack.
Invertendo i collegamenti su punta e anello si realizza un cavo invertitore di fase.
8.3.2. Connessioni Elettriche Bilanciate
Sono costituite da tre conduttori: il cavo che trasporta il segnale, la massa e un altro cavo che trasporta
una copia del segnale invertita di fase rispetto alla massa. La figura seguente ci aiuta a comprendere
questo schema di collegamenti:
Segnali su una connessione bilanciata
Per una descrione più dettagliata, riferirsi al capitolo relativo al rumore e in particolare alla sezione
dedicata alle tecniche di riduzione del rumore.
La figura seguente mostra un cavo bilanciato connesso ad un connettore di tipo jack da 1/4" a tre poli:
Connettore per connessione bilanciata
8.3.3. Distorsione sulle connessioni elettriche
Abbiamo visto nell'introduzione di questa sezione come ogni cavo introduca una distorsione che si traduce
in una attenuazione del segnale che lo attraversa. Ciò vale per qualsiasi tipo di cavo, ottico o elettrico che
sia.
Un tipo di distorsione tipico delle connessioni elettriche è quella che viene definita come distorsione
microfonica. Per illustrarla occorre schematizzare un cavo, che per semplicità supponiamo sbilanciato, nel
modo descritto nella figura seguente:
Rappresentazione elettrica della distorsione microfonica
Nella figura sono stati schematizzati i due conduttori che costituiscono il cavo. Un conduttore, come detto,
introduce una resistenza che abbiamo rappresentato con le resistenze R1 e R2. Inoltre sui due conduttori
scorrono cariche elettriche e questo è assimilabile al comportamento di un condensatore. Il circuito
equivalente che ne deriva è quello di un filtro passa-basso [Filtri] e questo significa che il nostro cavo si
comporta come un filtro in cui all'aumentare dei valori delle resistenze R1 e R2 aumenta l'incidenza del
filtro sul segnale. Un secondo problema che nasce con la presenza di una capacità indotta consiste nel
fatto che se i due conduttori vengono mossi uno rispetto all'altro (per esempio quando il cavo viene
piegato) la distanza tra le due placche (in realtà tra i due conduttori) varia alterando il valore dalla
capacità. Ciò si traduce nello scorrimento di una corrente all'interno del condensatore che sarà udibile
sotto forma di suono. Per ulteriori approfondimenti sulle cause del rumore indotto sui cavi elettrici si
rimanda alla sezione relativa al rumore [Rumore] .
8.4. Connettori
Connettori utilizzati nelle connessioni ottiche:
FDDI (Fibre Distributed Digital Interface)
SC (della casa costruttrice NTT)
ST (della casa costruttrice AT&T)
Toslink (della casa costruttrice Toshiba)
Connettori utilizzati nelle connessioni elettriche:
TRS jack 1/4": TRS-Tip Ring Sleeve (punta, anello, manica). Si è già accennato ai connettori di tipo
jack da 1/4" utilizzati nelle connessioni sbilanciate (jack mono - TS) e quelle bilanciate (jack stereo TRS).
TRS jack 1/8": Analoghi ai precedenti ma con dimensioni dimezzate. Consentono una qualità
inferiore data la minor superficie metallica esposta per realizzare il collegamento.
Bantam: Hanno una forma simile ai jack 1/4" a due poli e vengono utilizzati per realizzare
collegamenti su una patchbay [La PatchBay] .
RCA: Altre denominazioni sono: phono, cinch, tulip. Ha la forma descritta nella figura seguente:
Connettore RCA maschio
Connettore RCA femmina
Viene utilizzato per le connesioni su impianti Hi-Fi casalinghi e per le connessioni digitali di tipo
SPDIF [SPDIF:Sony/Philips Digital Interface]
BNC: Sono simili ai connettori RCA ma hanno una ghiera che permette di fissarli. Vengono
generalmente utilizzato per connessioni video e per connettere computer in rete.
XLR - Canon: Sono utilizzati per i cavi microfonici: Hanno la forma e le connessioni descritte nella
figura seguente:
Connettore XLR maschio
Connettore XLR femmina
A volte questo tipo di connettore è utilizzato per connessioni nell'impianto luci, per connessioni
digitali e per connessioni MIDI [Il protocollo MIDI] .
Speakon: Vengono utlizzati in ambito live per il collegamento dei monitor agli amplificatori finali:
Connettore Speakon maschio
Connettore Speakon femmina
Sono dotati di una ghiera che permette di fissarli in modo sicuro.
EDAC: Sono grossi connettori multipin che permettono di connettere con un'unica presa un grande
numero di segnali:
Connettore EDAC
DIN a 5 pin: Utilizzato per connessioni MIDI:
Connettore DIN
CASSE E DIFFUSORI
Gli altoparlanti hanno la funzione di trasformare un segnale elettrico, che trasporta un'informazione sonora, in
un'onda acustica. Come vedremo tra un momento, il principio di funzionamento è piuttosto semplice. Tuttavia
la costruzione di un diffusore acustico [10] , che restituisca il suono alterandone il meno possibile le
caratteristiche su tutta la banda udibile, è un lavoro complesso che coinvolge molti aspetti sia teorici che pratici.
In questa sezione verranno analizzate le caratteristiche degli altoparlanti e il loro utilizzo nella costruzione di
diffusori nonché gli aspetti elettrici e acustici coinvolti. Il tipo di altoparlante utilizzato nella quasi totalità dei
casi è quello elettrodinamico e dunque è su questo che verrà concentrata l'attenzione nelle successive sezioni.
9.2. Il principio di funzionamento
Questo tipo di altoparlante viene realizzato applicando il principio inverso utilizzato per i microfoni
elettrodinamici. All'interno di un magnete circolare viene posto un conduttore in forma di avvolgimento e su
questo viene montata la membrana incaricata di generare l'onda acustica a partire dal segnale elettrico
applicato all'avvolgimento. La situazione è schematizzata nella figura seguente:
Schema semplificato di un altoparlante
Naturalmente si tratta di uno schema molto semplificato ma sufficiente per analizzare il funzionamento
dell'altoparlante. Quando ai capi di un conduttore viene applicato un segnale elettrico, al suo interno scorre
una corrente costituita da un flusso di elettroni. Dato però che gli elettroni sono bloccati nella loro posizione
dal campo magnetico generato dal magnete, per far avvenire uno scorrimento di elettroni nel conduttore è
quest'ultimo che viene forzato a muoversi. Dunque l'intero avvolgimento si muove verso l'alto e verso il
basso a seconda della polarità applicata ai suoi capi ossia a seconda del segnale elettrico applicato. Se
supponiamo di applicare un segnale sinusoidale di una certa ampiezza avremo che la semionda positiva
spinge l'avvolgimento (e la membrana che su di esso viene montata) verso l'alto mentre durante la semionda
negativa l'avvolgimento (e la membrana) si sposteranno verso il basso. Questo movimento della membrana
genera compressioni e dilatazioni dell'aria e questo, come andiamo dicendo dall'inizio di questo corso, genera
un suono.
La membrana viene fissata sull'involucro esterno tramite un sistema di sospensione elastico come descritto
nella figura seguente:
Sospensione elastica della membrana
Il sistema di sospensione va realizzato con la massima cura in quanto è il responsabile della perfetta
centratura dell'avvolgimento all'interno del traferro [11] e del corretto smorzamento delle oscillazioni. Per
questo la sospensione viene realizzata con un materiale pesante e ondulato in grado di smorzare le
oscillazioni che non sono generate direttamente dal segnale elettrico.
9.3. Caratteristiche di un altoparlante
9.3.1. Frequenza di
risonanza di un
altoparlante
Quando un sistema elastico
viene
sottoposto
ad
una
sollecitazione
oscillatoria
reagisce
diversamente
a
seconda della frequenza della
sollecitazione. In particolare il
sistema elastico comincia ad
oscillare alla stessa frequenza
della
sollecitazione
quando
questa è simile alla frequenza di
risonanza del sistema. Ogni
sistema elastico ha infatti una
propria frequenza di risonanza
calcolabile utilizzando formule
matematiche che descrivono le
grandezze coinvolte nel sistema
stesso.
Detto ciò usciamo dal campo
teorico e vediamo cosa significa
questo discorso in pratica.
Immaginiamo che il nostro
sistema
elastico
sia
un
altoparlante (dunque un sistema
composto
da
varie
parti:
membrana,
avvolgimento
e
altro), che avrà una sua propria
frequenza di risonanza. Per
fissare le idee supponiamo che
la frequenza di risonanza sia di
40 Hz.
Per il discorso fatto prima, se
applichiamo all'altoparlante un
segnale elettrico sinusoidale e
variamo
la
frequenza
del
segnale, avremo che finché la
frequenza del segnale non si
avvicina a quella di risonanza
dell'altoparlante, la membrana
dell'altoparlante
non
sarà
sollecitata (o quanto meno sarà
sollecitata in maniera minima).
Quando invece arriviamo verso i
40Hz, la membrana comincerà
ad oscillare anch'essa a questa
frequenza e potremo udire un
suono uscire dall'altoparlante di
frequenza pari alla frequenza
del segnale elettrico applicato.
La figura seguente mostra
l'ampiezza
dell'oscillazione
dell'altoparlante in questione
sollecitato da un segnale di cui
variamo la frequenza:
Sollecitazione di un
sistema elastico
Si
vede
come
l'ampiezza
dell'oscillazione sia massima
nelle vicinanze della frequenza
di risonanza mentre sia quasi
nulla altrove. La figura mostra
anche il diagramma di fase di
questo sistema elastico che
evidenzia come le frequenze
superiori a quella di risonanza
vengano invertite di fase (uno
sfasamento di 180 gradi implica
una inversione di polarità ossia
un'inversione
di
fase).
Naturalmente questa situazione
è altamente indesiderata nel
caso di un altoparlante che non
deve introdurre alterazioni sul
segnale di ingresso e meno che
mai un'inversione di fase nella
banda di frequenze che deve
riprodurre. Infatti, il diagramma
di fase di un altoparlante non ha
mai l'andamento mostrato che
però è stato preso come
esempio per evidenziare ancora
una volta le problematiche
relative all'andamento della fase
che vengono spesso trascurate.
9.3.2. Efficienza di un altoparlante
E' la misura effettiva della potenza acustica dell'altoparlante ossia la sua capacità di trasformare l'energia
elettrica in energia acustica. Ovviamente, maggiore è l'efficienza dell'altoparlante, maggiore è la quantità
di energia elettrica che viene trasformata in energia acustica. La parte di energia elettrica che non viene
convertita in energia acustica viene dissipata dall'altoparlante sotto forma di calore. E' questo uno dei
motivi per cui l'avvolgimento all'interno del traferro viene tenuto spesso sotto vuoto: la presenza di aria
permetterebbe un maggiore aumento della temperatura a causa dell'energia dissipata con il rischio di
danneggiare l'avvolgimento stesso.
L'efficienza varia in funzione della frequenza e dunque un altoparlante viene impiegato nella banda di
frequenza dove la sua efficienza è massima e pressoché costante. L'efficienza di un altoparlante è
generalmente molto bassa, dell'ordine di 1-2% fino ad un massimo di 8%.
Per aumentarne l'efficienza vengono adottati diversi metodi a seconda anche della banda di frequenza
riprodotta. Alle basse frequenze si realizzano membrane a forma di cono che raccolgono l'aria da spostare
meglio di una membrana piatta come viene mostrato nella figura seguente:
Confronto tra membrana a
cono e membrana piatta
9.3.2.1. Altoparlanti a sospensione pneumatica
Negli altoparlanti per basse frequenze l'efficienza risulta particolarmente
bassa in quanto la sospensione elastica smorza molto le oscillazioni per
impedire la produzione di suoni indesiderati. Per aumentare l'efficienza
si realizzano altoparlanti a sospensione pneumatica. In questo caso
l'altoparlante viene fissato ad un contenitore a tenuta d'aria e il
materiale che congiunge la membrana al resto della struttura viene
privato delle sue caratteristiche di smorzamento il quale viene ottenuto
stavolta grazie al vuoto d'aria che cerca di ripristinare le variazioni di
pressione generate dall'oscillazione della membrana. In altre parole,
dato che l'area posteriore alla membrana è sotto vuoto, un movimento
della stessa provoca una variazione della pressione interna che viene
ripristinata dal vuoto d'aria. Questo sistema consente un'escursione
molto maggiore della membrana e dunque un sostanziale aumento
dell'efficienza.
9.3.2.2. Altoparlanti a tromba acustica
Per aumentare l'efficienza degli altoparlanti dedicati alla riproduzione delle alte frequenze, questi
vengono fissati alla base di un condotto a forma di tromba come viene descritto nella figura seguente:
Altoparlante a tromba
In questo modo viene realizzato il cosiddetto adattamento di impedenza acustica. In assenza della
tromba la membrana si trova in contatto con una superficie di aria teoricamente molto maggiore di
quella della membrana stessa e questo genera una dispersione dell'energia acustica in tutte le direzioni.
Con la tromba invece, la membrana si trova in contatto con una superficie d'aria simile alla sua
superficie. Il primo strato di aria (con una superficie leggermente maggiore di quella della membrana) è
a sua volta in contatto con lo strato d'aria successivo che, per la forma della tromba, sarà un po' più
grande del precedente e così via. In questo modo il movimento d'aria viene trasmesso
progressivamente da uno strato all'altro con superficie via via maggiore e questo consente di
canalizzare al meglio l'energia acustica e di evitare le dispersioni. Naturalmente vi sono diverse forme di
tromba ognuna con le sue caratteristiche anche se il principio di funzionamento rimane il medesimo.
Con questi sistemi si ha un incremento dell'efficienza fino a valori del 30%.
Oltre al miglioramento dell'efficienza questo sistema viene utilizzato per direzionare le alte frequenze
che sappiamo dipendere fortemente dalla direzione di propagazione.
9.3.3. Sensibilità di un altoparlante
Viene misurata in dBspl e misura l'intensità della pressione sonora ad un metro dall'altoparlante quando a
questo viene applicato un segnale elettrico di potenza pari a 1 Watt. Per esempio 93dBspl/m/W indica che
nelle suddette condizioni si è misurata una pressione sonora di 93 dBspl.
9.3.4. Potenza massima applicabile
Viene misurata da due grandezze. La potenza di picco è la potenza massima che l'altoparlante può
sopportare senza essere danneggiato. Se anche una sola volta il segnale supera questo valore l'integrità
dell'altoparlante verrà compromessa. La potenza RMS (Root Mean Square) invece è una misura della
potenza media applicabile per un certo tempo prima che il calore cominci a danneggiare l'altoparlante.
9.3.5. Impedenza di un altoparlante
Abbiamo visto nella sezione relativa l'esatto significato dell'impedenza di un componente elettrico
[Impedenza] . Anche gli altoparlanti, essendo sostanzialmente dei circuiti hanno un'impedenza che varia in
funzione della frequenza del segnale applicato. Generalmente si considera l'impedenza di un diffusore
acustico come la combinazione delle impedenze dei singoli altoparlanti e dei circuiti che ne fanno parte.
Tipici valori per l'impedenza dei diffusori sono: 4 Ohm, 8 Ohm, 16 Ohm. Naturalmente sono valori
indicativi in quanto come detto l'impedenza varia in funzione della frequenza. La figura seguente mostra
un tipico andamento dell'impedenza di un altoparlante di cui viene fornito il valore dell'impedenza
nominale [12] pari a 8 Ohm:
Tipico andamento dell'impedenza di un altoparlante
9.3.6. Risposta in frequenza
Consiste in un diagramma che mostra l'accuratezza con cui vengono riprodotte tutte le frequenze della
banda udibile. La figura seguente ne mostra un esempio:
Risposta in frequenza di un diffusore
Viene riportato il valore della sensibilità in funzione della frequenza. Questo dovrebbe essere in teoria
costante affinché il diffusore abbia la medesima resa a tutte le frequenze. Il diagramma mostra anche
l'ampiezza misurata ad angolazioni differenti rispetto alla direzione di propagazione del suono. Come si
vede, ad un angolo di 90 gradi la risposta differisce molto da quella a 0 gradi soprattutto alle alte
frequenze che sono come sappiamo quelle che più risentono della direzionalità.
9.3.7. Diagramma polare di un altoparlante
Questo diagramma descrive le caratteristiche direzionali di un altoparlante. La figura seguente ne mostra
un esempio:
Diagramma polare di un altoparlante
Le diverse linee indicano l'intensità sonora al variare dell'angolo con l'asse dell'altoparlante e della
frequenza. Ciò che risulta ancora una volta evidente è la minore direzionalità delle basse frequenze
rispetto a quelle alte: si vede infatti come la curva alla frequenza più bassa abbia un contorno abbastanza
regolare indipendentemente dalla direzione, all'aumentare della frequenza aumentano le irregolarità del
contorno.
9.4. Tipi di altoparlanti
La dimensione della membrana condiziona fortemente il funzionamento dell'altoparlante. Maggiore è la
dimensione della membrana e la sua massa, minore è la sua frequenza di risonanza e questo implica che
membrane di grandi dimensioni sono adatte per riprodurre le basse frequenze mentre risultano inutilizzabili
per la riproduzione delle alte frequenze. Da ciò deriva la suddivisione degli altoparlanti in tre categorie che
riproducono ognuna in modo ottimale una banda dello spettro udibile.
Vengono denominati woofer gli altoparlanti destinati alla riproduzione delle basse frequenze dello spettro.
Hanno una membrana relativamente grande: più è grande la membrana, minore è la frequenza di risonanza
e dunque più estesa verso le basse frequenze è la banda riproducibile dall'altoparlante.
Naturalmente, maggiore è la dimensione della membrana, maggiore è la quantità d'aria da essa spostata e
dunque maggiore è la potenza necessaria per alimentare correttamente l'altoparlante. A volte vengono
impiegati altoparlanti realizzati per la riproduzione delle frequenze molto basse (20 Hz-40 Hz) che prendono il
nome di subwoofer. Gli altoparlanti deputati alla riproduzione delle frequenze medie vengono chiamati
midrange e hanno dimensioni minori dei woofer e membrane più leggere. Infine per la riproduzione delle alte
frequenze vengono utilizzati altoparlanti denominati tweeter che hanno membrane di dimensioni molto
piccole.
9.5. Altoparlanti piezoelettrici
Questo tipo di altoparlanti sfrutta le proprietà di alcuni materiali di entrare in vibrazione quando vengono
percorsi da una corrente elettrica. La frequenza della vibrazione è correlata alla frequenza della corrente
applicata e in questo modo il suono trasportato dal segnale elettrico viene riprodotto.
Questi altoparlanti sono caratterizzati da un'elevata efficienza, elevatissima impedenza (adatti dunque a
realizzare 'matrici di altoparlanti' composte da un elevato numero di elementi che, collegati in parallelo,
offrono in blocco un'impedenza analoga a quella dei comuni altoparlanti elettrodinamici). Inoltre possono
riprodurre frequenze molto elevate e per questo vengono impiegati soprattutto come tweeter.
9.6. Diffusori
Dato che ogni altoparlante riproduce al meglio una determinata banda di frequenza, per riprodurre l'intero
spettro delle frequenze udibili (20 Hz - 20 KHz) si rende necessario l'impiego di più altoparlanti
contemporaneamente. Tuttavia occorre filtrare preventivamente il segnale prima che arrivi agli altoparlanti al
fine di mandare ad ogni altoparlante solo la banda di frequenze che è in grado di riprodurre. Per fare questo
si ricorre all'uso di filtri passa-basso, passa-banda e passa-alto [Filtri] combinati in un unico circuito elettrico
che prende il nome di crossover.
9.6.1. Il crossover
Un circuito crossover è composto da filtri che suddividono il segnale di ingresso in più segnali che coprono
ognuno una banda di frequenza. Per esempio un crossover a 3 vie genera tre segnali: uno contenente le
basse frequenze destinato al woofer, uno contenente le medie frequenze destinato al midrange, uno
contenente le alte frequenze destinato al tweeter come viene mostrato nella figura seguente:
Crossover a 3 vie
La tipica risposta di un crossover a 3 vie è mostrata nella figura seguente:
Risposta in frequenza di un crossover a 3 vie
Vediamo cosa succede in corrispondenza delle frequenze di taglio. Per garantire una corretta distribuzione
delle bande tra i vari altoparlanti, le frequenze di taglio dei filtri si sovrappongono. Per esempio la
frequenza di taglio inferiore del filtro passa banda, corrisponde alla frequenza di taglio del filtro passa
basso. Nell'esempio della figura precedente si vede che entrambe le frequenze di taglio valgono 80 Hz.
Prendiamo la frequenza inferiore: 80 Hz. Questa, come del resto le frequenze immediatamente
adiacenti,verrà riprodotta sia dal woofer che dal midrange dunque verrà riprodotta da due altoparlanti
contemporaneamente. Questo aumento viene perfettamente compensato dal fatto che la frequenza di
taglio si trova in corrispondenza di una caduta di guadagno di 3 dB e dunque la somma dei due
altoparlanti restituisce l'ampiezza originaria [Combinazione di sorgenti sonore] . Spostandoci verso destra
o verso sinistra, la stessa frequenza verrà riprodotta da entrambi gli altoparlanti uno con ampiezza elevata
che compensa l'ampiezza ridotta dell'altro in modo che la somma sia sempre costante.
L'azione del crossover può avvenire in due punti diversi della catena di amplificazione con risultati e costi
diversi:
Crossover attivo: In questo caso il crossover è costituito da un circuito attivo ossia dotato di
un'alimentazione autonoma e interviene sul segnale prima che questo venga amplificato. Di
conseguenza all'uscita del crossover (che supponiamo a 3 vie) avremo i tre segnali ognuno con la
sua composizione in banda che verranno amplificati separatamente. Questo permette di utilizzare
amplificatori progettati per la riproduzione di una specifica banda di frequenza e dunque di qualità
molto maggiore. La situazione viene schematizzata nella figura seguente:
Schema di un crossover attivo
Crossover passivo: In questo caso il segnale arriva al crossover dopo essere stato amplificato.
Dato che viene utilizzato un solo amplificatore per amplificare il segnale, il crossover non ha
bisogno di essere alimentato. La situazione viene schematizzata nella figura seguente:
Schema di un crossover passivo
Questa soluzione risulta di gran lunga più economica ma di qualità decisamente inferiore alla
precedente in quanto presuppone l'utilizzo di un solo amplificatore per l'intera banda dello spettro
udibile e dunque una amplificazione più approssimativa del segnale.
9.7. Tipi di cassa acustica
Quando un altoparlante si muove in una direzione creando una compressione di fronte a se,
contemporaneamente crea una dilatazione nella zona posteriore. Le due onde generate tenderebbero ad
annullarsi in quanto in opposizione di fase e questo impedirebbe la propagazione dell'onda acustica
nell'ambiente. Per evitare ciò gli altoparlanti vengono montati su pannelli che hanno la funzione di separare le
due onde in modo che quella esterna sia libera di propagarsi. Più altoparlanti vengono allora posti su una
parete di un contenitore che costituisce la cassa acustica la quale trattiene l'onda generata dietro
l'altoparlante impedendogli di interferire distruttivamente con l'onda generata all'esterno.
Questo sistema permette all'onda emessa di propagarsi ma possiede un'efficienza decisamente bassa in
quanto l'intera onda posteriore rimane inutilizzata. E' possibile tuttavia sfruttare l'energia dell'onda posteriore
al fine di aumentare l'efficienza; i tre tipi tradizionali di cassa progettati per questo scopo sono: la cassa a
riflessione di bassi (bass reflex), la cassa a cono passivo (drone cone) e la cassa a tromba retroattiva (rear
horn).
9.7.1. Bass reflex
La figura seguente mostra una sezione di questo tipo di cassa:
Schema di una cassa bass-reflex
Grazie all'apertura, la cassa si comporta come un risonatore di Helmholtz [Risonatori di Helmotz] che va in
risonanza per frequenze adiacenti a quella di risonanza del cono (naturalmente perché le dimensioni della
cassa sono state progettate in tal senso) e dunque restituisce la stessa frequenza emessa dal cono
dall'apertura frontale. La particolarità è che quest'onda, avendo compiuto un percorso all'interno della
cassa si presenta all'apertura invertita di fase e dunque in fase con l'onda frontale generata dal cono. In
questo modo l'onda posteriore al cono contribuisce a rinforzare l'onda frontale migliorando l'efficienza della
cassa.
9.7.2. Cono passivo
Un secondo cono, privo di avvolgimento e magnete, viene montato accanto al cono principale. La cassa è
chiusa ermeticamente e quando il cono principale si muove, l'onda posteriore percorre la cassa e fa
muovere il cono secondario in fase con quello principale. In questo modo l'efficienza viene aumentata. Il
funzionamento è descritto nella figura seguente:
Schema di una cassa a cono passivo
9.7.3. Tromba retroattiva
Realizzando un percorso a tromba all'interno della cassa si attua un adattamento di impedenza acustica
che permette di aumentare l'efficienza. La figura seguente mostra un esempio di tromba retroattiva:
Schema di una cassa a tromba retroattiva
[10]
Con questo termine si intende un sistema composito di altoparlanti con caratteristiche diverse ognuno
deputato alla riproduzione di una determinata banda del segnale audio.
[11]
Il magnete principale ha un foro centrale in cui viene posto un cilindro di ferro. La fessura circolare che
rimane tra il ferro e il magnete prende il nome di traferro. All'interno del traferro trova posto l'avvolgimento.
[12]
L'impedenza nominale di un altoparlante o di un diffusore è il valore dell'impedenza in corrispondenza della
frequenza di 1 KHz ed è il valore preso come riferimento per definire il valore dell'impedenza.
IL MIXER
Un mixer è una macchina in grado di radunare una serie di segnali audio di diverso tipo e di convogliarli verso
una o più destinazioni comuni. Dunque un mixer possiede una serie di ingressi a cui vengono inoltrati i segnali
sonori da manipolare e una serie di uscite verso cui vengono inoltrati i segnali opportunamente assemblati e
manipolati.
Supponiamo di avere un mixer con 24 ingressi a cui applichiamo altrettanti segnali audio. Attraverso il mixer
possiamo miscelare i segnali di ingresso e indirizzarli verso una singola uscita stereo (Left e Right) o verso altre
destinazioni le cui funzionalit` sono descritte nel dettaglio nel seguito di questa sezione. Oltre a miscelare i
segnali, un mixer consente anche di manipolarli uno per uno nelle modalità che verranno descritte anch'esse nel
dettaglio tra un momento.
Lo schema di un mixer generico è il seguente:
Schema generico di un mixer
Come detto nell'introduzione, tutta questa parte della trattazione esige un riscontro pratico e dunque è
consigliabile affrontare il prosieguo di questa sezione con un bel mixer da studio davanti. In mancanza faremo
riferimento alla figura riportata che comunque ne mostra tutte le funzionalità fondamentali.
Possiamo individuare tre sezioni principali: i canali, i gruppi e la sezione master.
11.3.1. Canali
Attraverso i canali il segnale viene prelevato, manipolato e inoltrato verso le destinazioni che vedremo fra
poco. In realtà ogni canale del mixer contiene due canali ma per ora facciamo come se ce ne fosse uno solo e
occupiamoci di questo.
Schema di un canale del mixer
Un canale può ricevere sia un ingresso di linea che un ingresso microfonico bilanciato [Connessioni Elettriche
Bilanciate] . La differenza fondamentale tra questi due segnali risiede nel fatto che un segnale microfonico
presenta una tensione molto più bassa di un ingresso di linea [13] e dunque i due ingressi vanno amplificati in
modo diverso (per una dettagliata trattazione su questo argomento si rimanda alla sezione relativa
all'amplificazione [Amplificazione] ).
Vediamo i vari stadi che compongono il canale:
Gain (guadagno):
Gain
Entrambi gli ingressi, quello di linea e quello microfonico sono dotati di un potenziometro di gain che
regola il livello di amplificazione del segnale; spesso lo stesso potenziometro pilota i due circuiti di
gain. Tramite uno switch selezioniamo il tipo di ingresso (microfonico o linea)
PAD (attenuazione): permette di attenuare di 20-30 dB segnali di ingresso eventualmente troppo
alti.
Invertitore di fase: Da qui in poi il canale diventa unico. Questo stadio consiste in un invertitore di
fase (scambia il polo negativo con quello positivo).
Equalizzatore: Equalizzatore parametrico. Per un descrizione dettagliata si rimanda lla relativa
sezione [Equalizzatori parametrici] .
Equalizzatore parametrico
Filtro: Fornisce un filtro passa-alto [Filtri] che permette di eliminare efficacemente le basse
frequenze.
Filtro
Presa insert: Questa presa in realtà non si trova sul canale vero e proprio ma nelle connessioni
posteriori del mixer. Accediamo a questa presa tramite la patchbay [La PatchBay] che verrà descritta
in una delle successive sezioni. Si tratta in realtà di una coppia di prese attraverso le quali è possibile
inserire uno o più effetti in serie secondo lo schema seguente:
Presa insert
Inserendo un connettore all'interno della presa insert out la connessione diretta insert-out/insert-in
viene interrotta e il segnale viene fatto passare attraverso i moduli esterni.
Auxiliary send (mandate ausiliarie):
Auxiliary send
Questi sono potenziometri che prelevano una copia del segnale dal canale e lo inviano su un apposito
bus [14] . Per chiarire il funzionamento degli aux send facciamo riferimento alla figura seguente:
Esempio di aux send
Nel nostro esempio sono stati pensati 4 potenziometri aux send per ogni canale, due pre-fader e due
post fader. Questo significa che la copia di segnale che viene prelevata da un aux send pre-fader è
indipendente dal fader principale del canale mentre quella prelevata post-fader vi dipende. Vedremo
in seguito in quali casi si rende necessario l'uso di un tipo di aux send piuttosto che un altro. Dunque
attraverso gli aux send è possibile creare una serie di mix ausiliari il cui livello complessivo è
controllato dai relativi aux send master (che si trovano in un'altra sezione del mixer e che vedremo
più avanti [Aux send master] ). Per ora ci basti sapere questo. Nelle prossime sezioni verrà descritto
nel dettaglio l'uso degli aux send nelle diverse situazioni.
Routing matrix (matrice di instradamento): La sua funzione è quella di instradare il segnale presente
sul canale verso i gruppi (group bus, si trovano in un'altra sezione del mixer e vengono descritti nel
seguito [Gruppi] ) o verso il bus stereo L-R [Fader master] . Supponendo che il nostro mixer abbia 8
gruppi, attraverso la matrice di instradamento potremo mandare il segnale presente sul canale su
una qualsiasi coppia di gruppi e anche sul mix bus (nel nostro caso pratico: 1-2, 3-4, 5-6, 7-8, L-R).
Matrice di instradamento
Mute (canale muto): Premendo questo bottone il canale viene interrotto. Vi sono diverse situazioni in
cui questo si rende necessario (per esempio supponete che durante il missaggio vogliate ascoltare la
musica del vostro pezzo senza la voce, in questo caso basterà premere il tasto mute sul canale della
voce piuttosto che abbassare il fader perdendo oltretutto la sua posizione originaria).
Mute
Solo (canale solo): Premendo questo bottone, tutti gli altri canali vengono messi in modalità mute
(riferendoci all'esempio appenda proposto, supponiamo di volere ascoltare durante il missaggio solo
la voce, premendo il tasto 'solo' sul canale della voce metteremo in mute tutti gli altri canali).
Solo
Fader (cursore): Controlla la quantità di segnale che viene inoltrato verso il mix bus o verso i gruppi.
Nella figura seguente è possibile distingure i tasti di instradamento del segnale verso i gruppi o verso
il mix-bus.
Fader
Panpot (panoramic potentiometer - potenziometro panoramico): Controlla la percentuale di segnale
che viene spedita ad una coppia di bus. Se per esempio il controllo panoramico è ruotato
interamente in senso orario e la matrice di instradamento invia il segnale verso la coppia di gruppi 78 instraderemo il segnale del canale verso il bus 8. Se il pan viene ruotato interamente in senso
antiorario, il segnale sarà inviato al bus 7. Con il controllo panoramico in posizione centrale il segnale
verrà equamente distribuito sui bus 7 e 8.
Panpot
Monitor fader: In studio si ha la necessità di registrare i segnali dunque occorre poter separare i
livelli di registrazione da quelli di ascolto. Per questo un mixer da studio racchiude in realtà 2 canali
all'interno di ogni canale.
Il secondo canale, che prende il nome di canale monitor (monitor path) e che immaginiamo
sottostante al canale principale, serve per alimentare il cosiddetto monitor bus. Per ora ci basterà
sapere che su ogni canale è presente un altro fader, generalmente più piccolo di quello principale che
convoglia il segnale verso un bus diverso sia dai gruppi sia dal mix bus e che prende il nome di
monitor bus.
Monitor fader
Ogni fader di tipo monitor viene sempre accompagnato dal relativo potenziometro panoramico che
controlla la percentuale di segnale prelevato dall'ingresso del canale da mandare sui canali Left e
Right del monitor bus.
Chiameremo canale principale quello che passa per il fader più grande e canale monitor il nuovo
canale appena descritto. Il motivo della presenza di due canali in uno è che un mixer può assumere
due stati diversi: stato di registrazione e stato di missaggio. Dai termini usati si capisce a cosa
servano i due stati. Ciò che però è importante è che a seconda dello stato in cui si trova il mixer, il
canale principale e il canale monitor vengono alimentati da segnali diversi e dunque svolgono
funzioni diverse. Vedremo nel dettaglio questo fatto più avanti descrivendo nel dettaglio le fasi di
registrazione e di missaggio.
11.3.2. Gruppi
Questi sono dei bus di appoggio che svolgono diverse funzionalità che vedremo nel dettaglio quando
illustreremo le fasi di registrazione e di missaggio. Per ora è sufficiente ricordare che il segnale di ogni canale
può essere inoltrato verso uno i gruppi che si hanno a disposizione oppure verso il mix bus. Il segnale
presente sul canale monitor invece può essere inoltrato verso il monitor bus. La figura seguente riassume
questa situazione:
Utilizzo dei bus
La figura indica che sul canale in questione è stato premuto il testo 1-2 della matrice di instradamento.
Questo ha l'effetto di spedire il segnale del canale sui gruppi 1 e 2. Se poi il panpot del canale è ruotato tutto
a sinistra (destra) il segnale viene inviato solamente al gruppo 1 (2).
Nella sezione gruppi trovano posto i fader che controllano il livello complessivo di ciascun gruppo. Per ogni
fader troviamo un controllo panoramico che permette di scegliere la proporzione di segnale da assegnare al
master bus Left e Right.
11.3.3. Master section
In questa sezione prendono posto tutti i controlli che modificano il funzionamento generale del mixer:
Fader master:
Master fader
Questo fader controlla il livello di mix bus ossia del bus stereo principale. Possiamo vedere nella
figura anche i LED che indicano di volta in volta il livello dei segnali. Per esempio in fase di missaggio
i LED indicano il livello del segnale presente del mixbus.
Aux send master:
Aux send master
E' presente un potenziometro per ogni aux send presente sul canale del mixer. Ogni aux send master
controlla il livello complessivo del bus aux send alimentato dagli aux send dei singoli canali. Ogni bus
ausiliario può essere messo in modalità 'solo' e dunque ascoltato separatamente.
Aux return master:
Aux return master
Controlla il livello di ritorno dal modulo ausiliario. Quando il segnale presente su uno degli aux send
master esce dal mixer, generalmente (anche se non sempre) compie un percorso esterno per poi
rientrare nel mixer. Per esempio, per aggiungere un riverbero a una voce, si procede come segue. Si
spedisce una copia della voce per esempio sull'aux send 1 e si regola il suo livello di uscita con il
controllo aux send master 1. Il segnale che esce dal bus aux send 1 viene inoltrato nel nostro
modulo riverbero la cui uscita (generalmente stereo) torna nel mixer nell'ingresso aux return 1. Da lì
poi può essere instradato verso diverse destinazioni: solo bus, group bus, mix bus, uscita cuffia 1,
uscita cuffia 2.
Oscillatore: Generalmente i mixer hanno al loro interno un oscillatore in grado di generare diverse
forme d'onda a differenti frequenze. Questo componente risulta molto utile per calibrare le
apparecchiature dello studio. Viene anche utilizzato per generare dei toni di controllo da registrare
nella parte iniziale di un nastro per fornire un riferimento sul livello di registrazione. Indicando infatti
il tono (frequenza) registrato e il suo livello (in dB), per esempio 1 KHz a +4dBu, utilizzando il nastro
su un'altra macchina sapremo se questa è calibrata esattamente come quella che ha eseguito la
registrazione.
Controllo del sistema SOLO:
Solo master
Il sistema SOLO può funzionare in diverse modalità a seconda delle circostanze.
SOLO distruttivo (solo in-place): Su tutti gli altri canali viene attivato il mute. L'ascolto viene
effettuato dal mix bus e questo implica che un eventuale missaggio costruito sul mix bus viene
distrutto.
SOLO non distruttivo: Il canale su cui viene attivato il SOLO viene indirizzato su un ulteriore bus
definito come solo bus. L'ascolto viene effettuato da questo bus dunque un eventuale missaggio sul
mix bus rimane inalterato. Questo tipo di SOLO è generalmente disponibile in due modalità: PFL
(pre-fader listen) in cui il segnale presente sul SOLO bus è indipendente dal fader del canale in
quanto viene prelevato prima e AFL (after-fader listen) in cui il segnale dipende dal fader del canale.
Talkback:
Talkback master
Generalmente comprende un microfono e un interruttore. Il segnale prelevato dal microfono viene
instradato verso la sala di ripresa per comunicare con i musicisti (generalmente attraverso gli aux
send 1 e 2, come verrà descritto in seguito), oppure sul registratore per registrare indicazioni vocali.
Master monitor:
Monitor Bus master
Controlla il volume dell'ascolto sui monitor della sala di regia. Come vedremo, nei grandi studi sono
presenti diverse coppie di monitor per effettuare ascolti in diverse modalità. In questa sezione sono
presenti gli interruttori che permettono di attivare le coppie di monitor desiderate.
Status consolle: Permette di cambiare lo stato dell'intero mixer tra stato di registrazione e stato di
missaggio.
IL LIVE
13.1. Introduzione
L'organizzazione di un concerto può diventare una questione veramente complicata e in questi casi la gestione
degli uomini che si hanno a disposizione e delle operazioni da eseguire va affidata ad una persona competente e
con indubbie capacità di direzione. Questa figura si chiama stage manager ed è fondamentale
nell'organizzazione di grossi eventi. Il suo compito è quello di dirigere le operazioni sul palco avendo presente
l'avanzamento dei lavori e la sequenza delle operazioni da compiere; è la persona di riferimento per tutti.
Naturalmente non tutti i concerti hanno dimensioni tali da richiedere uno stage manager, vi sono situazioni in
cui è sufficiente una sola persona per mettere insieme tutto il necessario. In questa sezione vengono descritti
gli aspetti principali della gestione di un evento live dal punto di vista del suono comprendendo anche una
descrizione dei materiali e le apparecchiature utilizzati nella pratica.
13.2. Descrizione dell'attrezzatura
Presentiamo di seguito lo schema standard che viene realizzato per un concerto:
Schema dei collegamenti in una situazione live
Si tratta di uno schema semplificativo che comunque fornisce una visione di insieme del funzionamento e dei
vari collegamenti che vengono realizzati.
Cominciamo a vedere come viene organizzato il palco. La prima cosa da fare è prelevare i segnali (microfonici
o di linea) che vengono prodotti dai musicisti. Sul palco è presente un elemento denominato splitter box
(comunemente: ciabatta) che ha la funzione di raccogliere tutti i segnali presenti sul palco e smistarli verso
altre destinazioni in più copie. Le due copie che ci servono come si vede dalla figura sono destinate una al
mixer di palco e una al mixer di sala.
Dunque in una situazione live sono presenti sempre almeno due mixer: il mixer di sala, come si può
immaginare, serve per realizzare il mix che alimenterà l'impianto di diffusione principale (più eventuali
impianti di ritardo); il mixer di palco viene utilizzato per fornire ai musicisti sul palco un ascolto
personalizzato dei suoni da essi prodotti. Come si può vedere dalla figura ogni musicista sul palco ha uno o
due monitor dedicati. Questi monitor (detti anche spie) servono da riferimento ad ogni musicista per
ascoltare se stesso e gli altri. Immaginate per esempio il batterista che si trova alle spalle del cantante e che
oltretutto si trova già sommerso dai suoni che egli stesso produce. Per permettere al batterista di ascoltare
gli altri musicisti, tra cui il cantante, viene predisposto un monitor (per i batteristi anche due) che viene
alimentato da un segnale generato attraverso il mixer di palco. Sul mixer di palco, dove arrivano in ingresso
tutti i segnali dal palco, è possibile creare una serie di mix diversi, tipicamente uno per ogni musicista.
Questo nasce dal fatto che ogni musicista ha diverse esigenze di ascolto, per esempio un batterista ha
necessità di sentire soprattutto il suono del bassista piuttosto che la voce del cantante o la chitarra solista.
Dunque i mixer da concerto hanno la caratteristica di poter creare un buon numero di mix separati destinati
ai vari monitor presenti sul palco. In situazioni live ristrette (molto ristrette) è possibile utilizzare un solo
mixer che assolve alle funzioni di mixer di palco e mixer di sala contemporaneamente. I segnali del palco,
attraverso lo splitter, vengono inoltrati anche al mixer di sala. Sarà su quest'ultimo che il front of house
engineer (l'ingegnere del suono che sta di fronte al palco, da noi il fonico di sala) eseguirà il mix che andrà ad
alimentare l'impianto (in inglese il sistema di altoparlanti dedicato alla diffusione del suono nella sala viene
chiamato P.A. - Public Address - e per semplicità nel seguito si adotterà questa denominazione). Dunque si
vede come il mix che arriva all'impianto della sala e i mix presenti sul palco siano completamente
indipendenti. Vediamo ora più in dettaglio la catena dei collegamenti al mixer di palco e quella al mixer di
sala e le apparecchiature coinvolte.
13.2.1. Catena del mixer di palco
La catena standard è la seguente:
Catena del mixer di palco
Come detto i segnali di ingresso arrivano al mixer di palco dallo splitter box. Attraverso il mixer creiamo
una serie di mix destinati a uno o più monitor presenti sul palco. La figura mostra che il segnale che esce
dal mixer attraversa una serie di moduli prima di arrivare al monitor vero e proprio. Il primo è un
equalizzatore grafico, generalmente a 31 bande [Equalizzatore grafico] , che ha la funzione di rendere
piatta la risposta del monitor. Ciò si rende necessario in quanto i monitor generalmente non hanno una
risposta in frequenza piatta ossia amplificano e/o attenuano alcune bande di frequenza dello spettro
udibile. Ciò è tanto più enfatizzato quanto più è scadente la qualità del monitor stesso. Per correggere
questa risposta si utilizza un equalizzatore grafico che equalizza il segnale prima che arrivi al monitor. Se
per esempio il monitor enfatizza troppo le basse frequenze, agendo sull'equalizzatore e attenuando le
basse frequenze sul segnale avremo come risultato che sul monitor, le basse frequenze, verranno
riprodotte con la corretta ampiezza. Si tratta di una correzione a posteriori che si rende necessaria in
quanto solo monitor di elevata qualità (e dunque molto costosi) garantiscono una risposta piatta in
frequenza (naturalmente la risposta piatta di un monitor il cui segnale è stato equalizzato da un
equalizzatore grafico non compete minimamente dal punto di vista della qualità con la risposta piatta di un
monitor al quale non è stata applicata nessuna correzione). In fondo non vale la pena spendere cifre
esorbitanti per dare ai musicisti sul palco un suono di qualità cristallina, molto meglio impiegarli nella
spesa di un impianto P.A. dove la qualità è un parametro essenziale.
A valle dell'equalizzatore grafico troviamo un limiter (non sempre presente in quanto può introdurre
distorsioni) [Limiter] che protegge il resto della catena da picchi inaspettati del segnale. Da qui il segnale
passa in un amplificatore che pilota il monitor sul palco (vengono impiegati spesso anche monitor che
comprendono al loro interno anche lo stadio amplificatore).
13.2.2. Catena del mixer di sala
La catena standard è la seguente:
Catena del mixer di sala
Anche in questo caso i segnali di ingresso provengono dallo splitter di palco. La funzione di questo mixer è
quella di creare il mix per la sala dunque il FOH engineer avrà a disposizione anche un rack effetti (oltre ai
componenti disponibili sul mixer) per manipolare il suono a suo piacimento e fornire il mix finale sull'uscita
master stereo. Anche in questo caso troviamo uno stadio con un equalizzatore grafico (in realtà sono due
equalizzatori, uno per il canale sinistro e uno per il canale destro) generamente a 31 bande. In questo
caso si suppone che l'impianto sia di buona qualità e infatti lo stadio di equalizzazione non serve a
correggerne la risposta che dovrebbe essere più che soddisfacente. La funzione dei due equalizzatori
grafici è quella di adattare la risposta dell'impianto alle caratteristiche della sala (se per esempio ci
troviamo ad operare in una sala in cui è presente un forte rimbombo alle basse frequenze dovremo
attenuare questa banda agendo sui due grafici). Successivamente troviamo uno stadio di limiting (non
sempre presente in quanto può introdurre distorsioni). Infine il segnale arriva ad un cross-over attivo [Il
crossover] e da qui viene smistato ai vari amplificatori che amplificano le varie bande di frequenza. Ogni
segnale amplificato arriva all'altoparlante che gli compete e il suono si diffonde nella sala.
13.2.3. Il mixer
La differenza principale tra un mixer da live e un mixer da studio è l'assenza nel primo dei canali monitor e
del monitor path in quanto questi si rendono necessari per la registrazione [La registrazione] e il missaggio
in studio [Il missaggio] . Per semplificare la descrizione che segue, consideriamo un mixer che ingloba in
sé sia le funzionalità di un mixer da palco che quelle di un mixer di sala. Come detto è possibile realizzare
una serie di mix indipendenti ad uso dei musicisti sul palco. Questi vengono costruiti grazie alla presenza
di un numero maggiore di mandate ausiliarie rispetto ai mixer da studio. Un mixer di medie dimensioni
può avere anche 10 mandate ausiliarie di cui alcune verranno impiegate per gli effetti mentre le rimanenti
saranno dedicate alla costruzione dei mix per i musicisti [17] . Dunque con le mandate ausiliarie di ogni
canale controlliamo la quantità di segnale presente nel mix mentre il volume complessivo di ogni mix sarà
controllato dagli aux send master. Naturalmente, a seconda del mixer saranno presenti su ogni canale una
serie di moduli per la manipolazione del segnale quali equalizzatori, filtri, compressori, gate ecc. Alcuni
mixer a volte invece delle mandate ausiliarie presentano un sistema di fader simile ai gruppi in cui ogni
fader svolge la funzione equivalente ad un aux send master. La differenza è che il master è pilotato da un
fader invece che dal potenziometro aux send master. Merita particolare attenzione l'organizzazione dei
gruppi; questi infatti possono essere di due tipi: di tipo normale o di tipo VCA. I gruppi di tipo normale
funzionano come i gruppi sui mixer da studio nel senso che permettono di raggruppare su un unico fader
un insieme di segnali di ingresso. I gruppi di tipo VCA (Voltage Controlled Amplifiers - amplificatori
controllati in tensione) consistono in un'ulteriore serie di fader ognuno dei quali controlla una serie di
amplificatori presenti sui canali di ingresso secondo lo schema seguente:
Controlli VCA
Dalla figura si vede come, in realtà, il segnale sul canale non sia regolato dalla resistenza variabile
azionata dal fader ma da un amplificatore il cui guadagno è controllato dal fader. In altre parole, agendo
sul fader di un canale stiamo intervenendo sul guadagno si un amplificatore che controlla il segnale e non
su una semplice resistenza come nel caso dei normali canali. Se allora al fader di un gruppo di tipo VCA
trasferiamo il controllo di uno o più amplificatori presenti sui canali, avremo come risultato che agendo sul
fader del gruppo controlleremo il livello di tutti i canali che sono stati assegnati a quel gruppo.
13.2.4. Le torri di ritardo
13.2.4.1. Rinforzo sonoro
L'effetto Haas entra in gioco ogni volta che
vogliamo realizzare un rinforzo sonoro ossia
organizzare un sistema di altoparlanti [Effetto
Haas] in modo da coprire una superficie molto
ampia. Vedremo come l'intensità sonora diminuisca
all'aumentare della distanza [Legge della distanza
inversa] , riscontrando una caduta di 6dB ogni
volta che raddoppiamo la distanza. Ciò significa che
nella messa a punto di un sistema di amplificazione
destinato a sale molto grandi bisogna fare in modo
che il campo sonoro sia il più uniforme possibile in
qualsiasi punto della sala. È evidente che uno
spettatore che si trova sotto al palco riceverà
un'intensità sonora molto maggiore di uno
spettatore situato a 40 metri dal palco! Non
potendo per ovvii motivi aumentare a dismisura il
volume sui P.A. [18] scegliamo di mettere un
ulteriere altoparlante a 30 m dal palco il modo da
rinforzare il fronte sonoro come mostrato in figura.
Esempio di rinforzo sonoro
Il nuovo altoparlante sopperisce alla caduta di
intensità dovuta alla distanza ma nasce così un
problema: il segnale sonoro che parte dal palco
impiega un certo tempo per arrivare all'ascoltatore
2 mentre il segnale elettrico che alimenta il rinforzo
arriva subito. Questo fa sì che l'onda che arriva dal
rinforzo arrivi prima di quella che proviene dal
palco
generando
un
innaturale
effetto
di
sovrapposizione. Un primo passo per risolvere il
problema consiste nell'applicare un effetto delay al
segnale diretto al rinforzo e fare in modo che i due
segnali arrivino insieme all'ascoltatore 2. Facciamo
due calcoli per individuare le grandezze che stiamo
trattando:
s=v x t da cui t=s/v da cui t=30/344=87ms
Dunque ritardando il segnale di rinforzo di 87ms
(ms più ms meno) i due segnali arrivano insieme
ed è già qualcosa. Ancora però non abbiamo risolto
il problema in quanto il segnale proveniente dal
palco si è molto affievolito (per questo abbiamo
messo il rinforzo!) e dunque il segnale di rinforzo
prevale creando anche in questo caso un effetto
innaturale in quanto vedremmo i musicisti suonare
ma sentiremmo il suono provenire dal rinforzo.
L'effetto Haas risolve egregiamente quiesto
problema. Infatti, se ritardiamo ancora il segnale di
rinforzo di un tempo interno alla zona di Haas, per
l'effetto di precedenza avremo che la direzione del
suono percepita dall'ascoltatore sarà quella
dell'onda proveniente dal palco perché ora arriva
prima del segnale di rinforzo, anche se quest'ultimo
ha un'intensità considerevolmente maggiore (ciò
vale fino a differenze di 10dB tra i due segnali,
oltre l'effetto Haas perde di validità e il segnale,
anche se ritardato, è talmente forte che copre
quello
diretto).
Nell'esempio
precedente,
applicando un ritardo di 110 ms otterremmo il
nostro scopo. Questo sistema viene impiegato
sistematicamente nei grossi concerti all'aperto data
la grande superficie da coprire. In questo caso
vengono impiegate delle torri di ritardo (delay
towers) e il segnale che arriva ad ogni torre subisce
un ritardo che tiene conto della distanza dal palco e
dell'effetto Haas.
Rinforzo Arene
Suggerimento
Possiamo sfruttare l'effetto Haas per allargare
l'immagine stereo di uno strumento mono nel
nostro mix. Consideriamo una chitarra, ben
suonata ma mono... Con riferimento alla figura
seguente mandiamo una copia del segnale sul
canale sinistro e una copia ritardata di un tempo
interno alla zona di Haas sul canale destro. Questo
allargherà l'immagine della chitarra ma la sposterà
anche verso sinistra poichè la direzione dominante
è quella relativa al suono che arriva per primo
all'ascoltatore. Alziamo di 3dB il canale destro per
riequilibrare questa situazione anche se ora i nostri
volumi sono diseguali e bisognerà agire sugli altri
strumenti per riequilibrarli. Ciò è bene perché
distribuendo i volumi a destra e a sinistra
raggiungeremo quella varietà che ci è necessaria
affinchè un mix non sia solo mettere i suoni uno
sull'altro ma sia una vera e propria operazione
creativa.
Apertura dell'immagine di un suono mono
13.3. Messa a punto dell'attrezzatura
A differenza dello studio di registrazione, in una situazione live l'attrezzatura va montata ogni volta ex-novo
sul posto (e va anche rismontata alla fine del concerto!). Dunque di volta in volta vengono posizionati i vari
elementi relativamente alla posizione del palco dove vengono disposti nella maniera più ordinata possibile: lo
splitter, le aste dei microfoni, i microfoni stessi e i monitor in corrispondenza delle posizioni dei musicisti. A
volte, oltre agli altri, vengono disposti due monitor particolari più grandi degli altri ai lati del palco sui quali
viene inviato un mix stereo che coinvolge tutto il palco (sound field). In questo modo si riesce a dare a tutti i
musicisti un fronte sonoro stereo e omogeneo. La figura seguente mostra una possibile disposizione:
Monitor laterali
Generalmente il lavoro viene suddiviso in tre parti. Una squadra si occupa del posizionamento sul palco di
tutto il necessario. Il fonico di palco si occupa di tutti i collegamenti che lo riguardano ossia collega lo splitter
al suo mixer e tutte le uscite monitor secondo la solita catena: equalizzatore grafico -> limiter ->
amplificatore finale -> monitor. Collega infine il rack effetti che gli è necessario per costruire i mix destinati ai
musicisti. Il fonico di sala si occupa dei collegamenti della sua postazione ossia collega il cavo proveniente
dallo splitter con i segnali del palco al suo mixer, il suo rack effetti e l'uscita master ai P.A. che vengono
montati ai lati del palco, generalmente seguendo le sue indicazioni. Quando tutti i collegamenti previsti sono
stati fatti si passa al line check ossia si controlla che tutti i collegamenti funzionino. Una persona è presente
sul palco e genera segnali sui canali a partire dal canale 1, se si tratta di un microfono ci parlerà dentro, se si
tratta di uno strumento farà un contatto sui jack eccetera. In questa fase il fonico di palco e il fonico di sala
sono nelle loro postazioni e verificano la corretta ricezione del canale che di volta in volta viene testato. Ogni
volta che entrambi danno l'Ok si passa al canale successivo. In seguito il fonico di palco passa alla taratura
dei monitor e quello di sala alla taratura dell'impianto. è qui che entra in gioco l'esperienza coadiuvata da un
orecchio raffinato. Il fonico di palco è vicino ai grafici e invia un segnale che conosce molto bene a una linea
monitor [19] e agisce sul grafico in modo da conferire al monitor una risposta mediamente piatta. Il segnale
da inviare varia a seconda del modo di lavorare di ognuno. Spesso si una un microfono per inviare al monitor
il segnale della propria voce in quanto questa è uno dei suoni che ognuno di noi conosce meglio, altre volte si
può utilizzare un pezzo musicale con un'estensione in frequenza molto ampia da usare come riferimento.
Particolare attenzione va rivolta a quello che viene definito come effetto Larsen e che viene descritto nella
prossima sezione. Il fonico di sala prova l'impianto inviando diversi tipi di segnali di test. Anche qui l'ausilio di
musiche molto ben conosciute dal fonico e ascoltate in molteplici situazioni aiutano a trovare la giusta
risposta dell'impianto alla sala in cui si trova e alla musica che riprodurrà (è chiaro che se stiamo preparando
un concerto jazz non testeremo l'impianto con un pezzo degli Iron Maiden!). Una volta che tutte queste
operazioni sono state ultimate il palco è pronto per accogliere i musicisti e si può passare alla fase
successiva: quella del soundcheck.
13.4. Il soundcheck
Durante questa fase i musicisti provano i loro strumenti e mentre ciò avviene i due fonici lavorano sui
guadagni e sui timbri dei suoni che arrivano dal palco. Questa operazione è bene che venga eseguita in
maniera invisibile da parte dei fonici nel senso che i musicisti vengono lasciati liberi di provare senza
interruzioni o condizionamenti. Generalmente l'esecuzione di un intero pezzo di prova è sufficiente per i fonici
per configurare adeguatamente il guadagno di ogni canale e il timbro di ogni suono. Il fonico di palco crea i
mix per i vari musicisti e, potendo ascoltare in cuffia ciò che sta mandando a ogni monitor (i mixer di palco
hanno un sistema di SOLO che permette di ascoltare la singola uscita aux send master), genera dei mix
iniziali secondo dei criteri generali. Per esempio nel mix destinato al batterista manderà soprattutto il segnale
del basso e magari un pò della voce solista. Invece il mix destinato al cantante solista avrà preponderante
proprio il suo segnale in quanto ciò che un cantante deve sentire meglio è se stesso, magari con l'aggiunta di
un pò di riverbero. Partendo da questi mix di base ogni musicista chiede al fonico di palco di apportare le
correzioni che desidera e questo li accontenta. Il fonico di sala durante tutte queste fasi si occupa del suono
che esce dai P.A. e lo raffina continuamente. Alla fine del soundcheck tutti i livelli sono stati tarati dunque si
interrompe lasciando tutto come sta (i macchinari restano tutti accesi) in attesa dell'ora del concerto.
13.5. Il concerto
L'inizio del concerto è sempre preceduto da una certa tensione per tutti gli addetti: per i musicisti per ovvii
motivi ma anche per i fonici e gli assistenti di palco. Tutto è silenzioso ma pronto a produrre musica. Pensate
cosa succederebbe se il concerto partisse con il primo pezzo e, dopo l'introduzione musicale il cantante
attaccasse la prima strofa ma dal suo microfono non uscisse niente! Il concerto comincia e i suoni sono tutti
un pò grezzi. Sul palco i musicisti si devono assestare, i mix che sono stati messi a punto durante il
soundcheck necessitano di alcune correzioni che vengono richieste al fonico di palco con gesti e occhiate.
Contemporaneamente il fonico di sala è al lavoro per plasmare i suoni nella sala. Dopo i primi pezzi si
comincia a raggiungere un buon equilibrio di tutte queste componenti e i fonici possono rilassarsi un pò e
godere del risultato del proprio lavoro anche se continuano a ritoccare i parametri dei suoni secondo le
esigenze dei pezzi.
Quando il concerto termina, scendiamo sul palco a chiacchierare con i musicisti e gli altri tecnici scambiandoci
pareri e commenti. Non rimane che smontare e riporre tutto e, mentre gli ultimi spettatori vanno via, noi
siamo già al lavoro perché la notte è iniziata da un pezzo e ci vorrà un bel pò prima di poter piombare nel
letto per ricominciare il giorno dopo da un'altra parte, tutto daccapo.
[17]
Generalmente i mix che si fanno sono di tipo mono dunque ogni mix occupa una sola mandata ausiliaria.
Qualche volta può capitare che un musicista richieda un mix stereo di fronte a lui utilizzando due monitor.
[18]
[19]
Public Address: è il sistema di altoparlanti che vengono disposti ai lati di un palco.
In effetti, raramente si ha il tempo di tarare tutti i monitor indipendentemente, più realisticamente si esegue
la taratura una volta sola su un unico monitor e la si riproduce per tutti gli altri visto che di solito i monitor sono
tutti uguali. Ovviamente per monitor diversi si eseguono tarature diverse.
L’AMPLIFICAZIONE
14.1. Introduzione
In questa sezione verrà esaminato il concetto dell'amplificazione in cui gli aspetti in gioco sono molteplici e
cambiano a seconda delle circostanze. L'idea di base è che possiamo intervenire sulle grandezze che
caratterizzano il segnale, come l'ampiezza o la potenza, e aumentarle (in questo consiste l'amplificazione) per
realizzare i nostri scopi. E' importante però capire che non tutti i segnali si amplificano nello stesso modo e
soprattutto che di volta in volta vi sono grandezze coinvolte e configurazioni diverse. Analizzando il percorso di
un segnale dalla sorgente (per esempio un microfono) fino alla destinazione (per esempio un altoparlante)
saremo in grado di capire le differenze tra le diverse situazioni.
14.2. La catena di amplificazione
Un segnale elettrico generato a partire da una sorgente acustica, come un segnale proveniente da un
microfono, deve essere correttamente amplificato prima di arrivare ai diffusori. Il percorso che il segnale
compie viene chiamato catena di amplificazione e nella figura seguente ne viene proposto un esempio:
Una catena di amplificazione
In questo caso un microfono trasforma un segnale acustico in un segnale elettrico molto debole (concetto che
tra breve verrà caratterizzato meglio) che entra in un preamplificatore. Questo ha la funzione di portare il
segnale ad un livello tale da essere utilizzato e manipolato all'interno di una serie di circuiti, per esempio
quelli che sono presenti all'interno di un mixer (equalizzatori, compressori ecc. che sono presenti nei canali).
Il segnale elettrico proveniente dal microfono ha un'ampiezza molto bassa, che rende difficile la sua
manipolazione dunque il compito di un preamplificatore è quello di aumentare l'ampiezza del segnale ossia il
suo voltaggio [L'elettricità] . La misura dell'amplificazione è data dal guadagno che esprime in dB il rapporto
tra la tensione di uscita e la tensione di ingresso:
Equazione 14.1. Guadagno di tensione di un amplificatore
Per esempio l'ampiezza media di un segnale generato da un microfono elettrodinamico è di 0.2 mV. Dopo il
passaggio attraverso lo stadio di preamplificazione l'ampiezza diventa dell'ordine dei 200 mV. Questi sono
solo valori indicativi che servono a capire l'azione del preamplificatore sul segnale. Una volta che il segnale è
stato manipolato, viene spedito allo stadio di amplificazione vero e proprio. In questo caso l'ampiezza ha già
il valore desiderato, quello che manca al segnale è la potenza per poter pilotare l'altoparlante. Per questo
l'amplificatore finale è un amplificatore di potenza nel senso che aumenta la potenza del segnale; la misura di
questo aumento è data dal guadagno che esprime in dB il rapporto tra la potenza di uscita e la potenza di
ingresso:
Equazione 14.2. Guadagno di potenza di un amplificatore
A questo punto il segnale ha tutte le caratteristiche necessarie per pilotare un altoparlante.
14.3. L'amplificatore
Per una trattazione completa sui circuiti di amplificazione si rimanda a testi specializzati sull'argomento. In
questa sede verranno descritti gli aspetti principali del funzionamento e le caratteristiche di interesse per la
corretta messa a punto di un sistema di amplificazione audio.
Senza preoccuparci della circuiteria impiegata per realizzare un amplificatore consideriamo questo come una
scatola nera a cui viene applicato un segnale di ingresso e da cui otteniamo un segnale di uscita amplificato
secondo i valori di guadagno appena descritti:
Amplificatori di tensione e di potenza
14.3.1. Potenza erogata
E' la potenza che l'amplificatore è in grado di fornire in
uscita. Vengono presi in considerazione due valori. Uno
medio detto potenza nominale che indica la potenza che
l'amplificatore è in grado di fornire in modo costante.
Uno istantaneo detto potenza di picco che indica la
potenza che l'amplificatore è in grado di fornire in un
tempo definito.
14.3.2. Curva di amplificazione
Descrive l'azione dell'amplificatore sul segnale di ingresso. La figura seguente mostra una possibile curva
di amplificazione di un amplificatore di tensione:
Curva di amplificazione
La figura mostra come una tensione di ingresso, per esempio di 50 mV venga restituita in uscita con
un'ampiezza pari a 300 mV. Viene evidenziato anche il fatto che la tensione di ingresso non può superare il
valore di 100 mV in quanto per valori superiori a questo, la tensione di uscita è costante e pari al valore
indicato come Vmax .Naturalmente lo stesso discorso vale per tensioni negative, una tensione di -50 mvV
viene amplificata ad un valore pari a -300 mV e un valore di ingresso inferiore a -100 mV manda in
saturazione l'amplificatore restituendo un valore di ampiezza costante pari a -Vmin. La figura mostra
anche la linea tratteggiata che indica la curva di guadagno unitario. Ciò significa che se un amplificatore ha
una curva di amplificazione tale, la tensione di uscita è esattamente pari alla tensione di ingresso.
La figura seguente mostra l'amplificazione di due segnali sinusoidali, uno con ampiezza compresa entro i
limiti tollerati dall'amplificatore, l'altra con ampiezza che supera in alcuni punti tali valori introducendo una
saturazione sul segnale:
Segnale amplificato
Si vede come la seconda sinusoide venga amplificata, ma anche troncata da un certo valore di ampiezza in
su.
14.3.3. Distorsione da saturazione
Vediamo questo cosa implica dal punto di vista del suono. Come abbiamo visto nella relativa sezione, un
segnale sinusoidale contiene una sola frequenza [Sinusoide pura] , pari al numero di cicli che la sinusoide
stessa compie in un secondo. Se consideriamo un segnale con delle transizioni più brusche, queste
saranno descritte da altre frequenze, dunque un segnale che presenta brusche transizioni in tempo
contiene un serie di frequenze. Più sono brusche le transizioni, più sono necessarie frequenze alte per
riprodurle. A questo proposito ricordiamo che un'onda rettangolare presenta transizioni istantanee (si
tratta di un'astrazione teorica che nella realtà non esiste in quanto le transizioni di ampiezza non possono
mai avvenire in un tempo nullo). Per rappresentare un segnale di questo tipo occorrono infinite sinusoidi
con frequenza via via crescente, dunque in sostanza occorrono infinite frequenze.
Vediamo allora che troncando la cima della sinusoide, l'amplificatore impone al segnale delle transizioni
non contenute nel segnale originario. Questo genera nuove frequenze anch'esse non presenti nel segnale
originario e questo origina la distorsione. Dunque a meno che non si ricerchi volutamente la distorsione
come effetto, la tensione di ingresso deve essere sempre entro i limiti indicati nelle specifiche
dell'amplificatore riguardo il segnale di ingresso.
14.3.4. Altre cause di distorsione
Un amplificatore può introdurre altre distorsioni di cui citiamo le più vistose e le loro cause. I componenti
attivi, in particolare i semiconduttori, producono un rumore dovuto al rumore termico ossia al movimento
casuale di elettroni al loro interno [Rumore termico] . Se l'amplificatore presenta più canali di ingresso,
questo possono interferire l'uno con l'altro a causa dell'induzione elettromagnetica che si genera tra
componenti elettronici molto vicini.
Un altro tipo di distorsione è la distorsione da intermodulazione ossia l'interferenza di due frequenze
contenute nel segnale di ingresso che generano, attraverso l'azione dell'amplificatore, nuove frequenze
indesiderate.
In ultimo citiamo la distorsione di fase. Questa come è intuibile dal nome viene generata dall'amplificatore
quando restituisce in uscita una frequenza contenuta nel segnale di ingresso sfasata rispetto a questa.
Maggiore è lo sfasamento, maggiore è la distorsione introdotta.
14.3.5. Risposta in frequenza di un amplificatore
Come per altri componenti destinati ad essere utilizzati nel campo dell'audio, anche per un amplificatore
viene fornita una risposta in frequenza attraverso la quale possiamo giudicare circa la qualità dello stesso.
Quello che vorremmo da un amplificatore è che resituisse la banda del segnale che mandiamo in ingresso
senza alterazioni ossia vorremmo un andamento piatto su tutta la banda di frequenze che ci interessa. Per
esempio un amplificatore per impianti casalinghi lavora su tutte le frequenze udibili dunque vorremmo un
andamento della risposta in ampiezza piatto [20] dai 20 Hz ai 20 KHz e anche una risposta in fase costante:
Riposta di ampiezza e fase di un amplificatore
14.3.6. Impedenza di ingresso e di uscita di un amplificatore
Le impedenze di ingresso e di uscita sono tipiche di ogni circuito che presenta uno stadio di ingresso e uno
di uscita. In questa sede ciò che ci interessa evidenziare è che i valori di queste impedenze possono essere
fissati in fase di progetto a seconda delle finalità del circuito. La figura seguente mostra un circuito
generico evidenziando la sua impedenza di ingresso e quella di uscita:
Impedenze di ingresso e di uscita di un circuito
Come si vede l'impedenza di ingresso è l'impedenza che si misura dall'esterno sui morsetti di ingresso
mentre quella di uscita è quella misurata sui morsetti di uscita.
14.3.7. Caratteristiche degli ingressi
Come detto il segnale di ingresso a un amplificatore non deve eccedere i valori indicati dal costruttore.
D'altro canto quando il segnale di ingresso ha un'ampiezza molto bassa come nel caso di un segnale
microfonico occorre fare in modo che il segnale si degradi il meno possibile arrivando al preamplificatore.
Per schematizzare la situazione facciamo riferimento al circuito seguente:
Amplificazione di un microfono. Circuito equivalente.
Il circuito mostra un microfono, schematizzato come un generatore di tensione, con la sua resistenza
interna che viene collegato ad un amplificatore di cui viene mostrata l'impedenza di ingresso. Chiamando I
la corrente che scorre nel circuito e VA la tensione misurata tra il microfono e l'ingresso all'amplificatore
avremo che il circuito sarà decritto dalle seguenti equazioni:
Equazione 14.3. Analisi dello stadio di ingresso di un circuito
Ricapitolando, E è la piccola tensione che genera il microfono e VA è la tensione che arriva all'ingresso
dell'amplificatore. Se ora supponiamo che Zin sia molto maggiore di ri (in simboli Zin >> ri), ossia che
l'impedenza di ingresso dell'amplificatore sia molto maggiore dell'impedenza interna del microfono,
avremo che nella somma (ri + Zin) sarà possibile trascurare ri ripetto a Zin ossia:
Si vede allora che in questo modo (ponendo Zin>>ri) si riesce a trasferire all'ingresso dell'amplificatore
praticamente tutta la tensione generata dal microfono. Se così non fosse avremmo sempre VA << E ossia
avremmo deteriorato il segnale microfonico. Questa regola vale in generale e generalmente si considera
corretto un adattamento di impedenza in cui vale:
Questa trattazione, nonstante possa risultare un po' ostica a chi non ha familiarità con i circuiti elettronici
è di fondamentale importanza per la comprensione del trasferimento di segnali da uno stadio all'altro (in
questo caso da un microfono ad un amplificatore).
14.3.8. Caratteristiche delle uscite
Nel nostro caso consideriamo l'uscita di un amplificatore che fornice un segnale di tensione V e potenza P.
Come detto l'amplificatore ha un'impedenza di uscita Zu. In questo caso quello che ci interessa è garantire
il massimo trasferimento di potenza dall'amplificatore all'altoparlante. Nella sezione relativa [Impedenza di
un altoparlante] si è visto che valori tipici dell'impedenza di un altoparlante o di un diffusore siano: 4 Ohm,
8 Ohm, 12 Ohm.
Se l'impedenza di uscita dell'amplificatore è maggiore dell'impedenza dell'altoparlante, quest'ultimo
richiederà all'amplificatore una potenza maggiore di quella disponibile causando un sovraccarico che si
traduce in un surriscaldamento che può portare al danneggiamento dell'amplificatore.
Esempio 14.1. Trasferimento di tensione e potenza tra due stadi
Un esempio numerico chiarisce la questione. Consideriamo un amplificatore le cui specifiche sono:
Impedenza di uscita Zout=600 Ohm
Potenza di uscita pari a 24 dBm [dBm]
Per prima cosa esprimiamo il valore dell'ampiezza di uscita e della potenza in Watt a partire dal valore
della potenza nominale espresso in dBm. Si ricava (se volete eseguite voi stessi il calcolo) che:
Dunque l'amplificatore è in grado di fornire al massimo una potenza di 0.251 Watt.
Supponiamo di applicare all'uscita un altoparlante con un carico di 8 Ohm. La potenza trasferita su questo
sarebbe:
Come si vede l'altoparlante, per essere pilotato richiede all'amplificatore una potenza di 19 Watt mentre
questo può al massimo fronire 0.25 Watt. In questo caso l'amplificatore si surriscalderebbe cercando di
erogare una potenza molto superiore a quella che può fornire.
Se ora proviamo ad applicare un carico di 6000 Ohm all'amplificatore abbiamo un valore di potenza
trasferita pari a:
Si vede che in questo caso l'amplificatore è in grado di fornire tutta la potenza necessaria. E' da tenere
presente comunque che in questo modo l'amplificatore verrà sottoutilizzato in quanto non gli verrà mai
richiesto di erogare tutta la potenza di cui è capace. Per questo motivo gli amplificatori di potenza
presentano una bassa impedenza di uscita, in genere pari ai valori standard di impedenza degli altoparlanti
(ricordiamo che tali valori non sono costanti ma variano in funzione della frequenza e dunque anche il
trasferimento di potenza varia con essa).
14.4. DI Box
Direct Injection Box - Scatola ad iniezione diretta
Vi sono generatori di segnali audio che presentano un'impedenza interna molto alta e dunque per i discorsi
fatti finora, difficilmente gestibili con gli amplificatori comunemente usati. Una elevata impedenza interna
comporta infatti una perdita di tensione sul segnale trasferito in quanto difficilmente uno stadio amplificatore
potrà avere un'impedenza di ingresso pari ad almeno 10 volte quella interna al generatore del segnale. E'
questo il caso dei pick-up di chitarre elettriche e bassi elettrici che dunque non possono essere connessi
direttamente all'ingresso di un amplificatore (per esempio il preamplificatore di un canale del mixer). Viene a
questo scopo utilizzato un circuito che prende il nome di DI Box che realizza un adattamento di impedenza
senza perdita sull'ampiezza del segnale. Il DI Box presenza un'elevata impedenza di ingresso (che permette
di prelevare il segnale di ingresso senza degradazioni) e una bassa impedenza di uscita (che permette di
trasferire in modo ottimale il segnale ricevuto all'amplificatore). La figura seguente mostra l'azione del DI Box
nel collegamento di una chitarra elettrica ad un canale del mixer:
Amplificazione di una chitarra elettrica utilizzando un DI Box
La funzione principale del DI Box è quella di realizzare un adattamento di impedenza. Questo vale anche per
tutti i segnali detti di linea ossia quelli povenienti per esempio da tastiere, sintetizzatori, campionatori.
Una seconda funzionalità è quella di trasformare la connessione da sbilanciata a bilanciata [Connessioni
Elettriche] . In questo modo per esempio il segnale di una chitarra elettrica viene prelevato con un cavo
sbilanciato con ai capi jack da 1/4 " e tramite questo arriva al DI Box. Da qui il segnale diventa bilanciato e,
dato che anche l'impedenza è cambiata, attraverso un cavo microfonico viene connesso ad un ingresso
microfonico del mixer. Così gli ingressi di linea del mixer vengono utilizzati per altri scopi come per esempio i
rientri degli effetti utilizzati dal fonico mentre tutti i segnali provenienti da lontano dal mixer arrivano con una
connessione bilanciata. Utilizzando solo connessioni bilanciate per far arrivare al mixer segnali con lunghi cavi
si riesce ad ottenere una qualità molto maggiore sui segnali ricevuti.
[20]
In realtà, possiamo tollerare variazioni di ampiezza di 1 o 2 dB rispetto al valore medio per ritenere costante
l'andamento della risposta in ampiezza.
