I sistemi a tromba nel tempo

di Mario Bon

1 ottobre 2015

Per cominciare è necessario considerare il trasformatore come elemento acustico. A tale scopo si riportano alcune pagine di Acoustics di Beranek.

Da quanto visto fin qui dovrebbe essere chiarealcune cose:

- la tromba è un elemento passivo

- la potenza acustica che entra esce dalla bocca di una tromba è uguale alla potenza acustiche che entra nella sua gola

- l’efficienza di una tromba è sempre inferiore al 100%

- la tromba non aumenta l’efficienza del dispositivo cui è applicata

- quando una tromba è di dimensioni finite si osservano riflessioni tra gola e bocca

- la tromba concentra la potenza acustica su una superficie limitata.

Quella che segue è l’introduzione al capitolo dedicato alla trombe scritto da L. Beranek. (tratto sempre da Acoustic)

Prima di Beranek, H. Olson aveva scritto Acoustical Engeneering (1945) e prima ancora era stato pubblicato il “Manuale di Elettroacustica” (traduzione italiana del 1945).

Negli anni ’40 del 1900 erano disponibili amplificatori da 100 Watt e la banda passante utile andava da 80 a 10kHz.

Quindi un sistema capace di riprodurre i 60 Hz era ritenuto più che sufficiente. La riproduzione delle fondamentali a bassa frequenza era affidata (più o meno consapevolmente) agli effetti psicoacustici. Il modello di Webster è del 1919-1920.

Oggi i 60 Hz sono raggiunti dai “minidiffusori” e i 40 Hz da un normale diffusore da pavimento da 30-40 litri di volume. Un diffusore HiFi non deve sonorizzare uno stadio ma un ambiente domestico (chiuso) di qualche decina di metri quadri. Basta fare i debiti rapporti….

Traduzione:

9.1 Introduzione. Gli altoparlanti a tromba usualmente consistono in un driver a bobina mobile accoppiato a una tromba (corno). Quando ben progettati, la grande terminazione della tromba, detta “bocca”, ha una superficie abbastanza larga per irradiare suono efficientemente alle frequenze più basse desiderate. La terminazione piccola della tromba, detta “gola”, ha una superficie scelta per adattarsi alla impedenza acustica del driver e per produrre la minor distorsione non lineare possibile.

Gli altoparlanti a tromba sono largamente usati nei cinema, teatri, auditori , stadi e arene dove una grande potenza acustica deve essere irradiata e dove si desidera controllare la direzione del suono. La efficienza della radiazione del suono da un lato di un altoparlante a radiazione diretta ben progettato è stata mostrata nel capitoli 7 e 8 valere poche parti per cento.

Per confronto, l’efficienza di radiazione da un altoparlante a tromba usualmente sta tra il 10 ed il 50%.

Il principale svantaggio delle trombe a confronto con gli altoparlanti a radiazione diretta sono i costi più alti e le dimensioni maggiori.

Prima di procedere con l’analisi degli altoparlanti a tromba si dovrebbe menzionare ancora che l’efficienza radiante di un altoparlante a radiazione diretta può essere aumentata a bassa frequenza montando molte unità fianco a fianco in un singolo schermo.

La mutua interazione tra le unità di radiazione serve per incrementare la resistenza di radiazione di ogni unità in modo sostanziale. Per esempio, due altoparlanti a radiazione diretta identici molto vicini uno all’altro in uno schermo infinitamente esteso, che vibrano in fase, produrranno una intensità in asse quattro volte maggiore sull’asse principale rispetto ad una sola singola unità [nota di MB: l’ampiezza in asse è proporzionale al quadrato del numero delle sorgenti come spiegato in tutti i libri di fisica].

Gli altoparlanti a radiazione diretta usati in gruppo spesso non sono soddisfacenti alle alte frequenze come un altoparlante a tromba per la difficoltà di ottenere condizioni di fase omogenee da diaframmi a radiazione diretta diversi [nota di MB: un problema di ripetibilità di prestazioni che oggi è superato].

Questo per dire, le condizioni di vibrazione del cono di un altoparlante sono complesse, così che le normali vibrazioni nella uniformità dei diaframmi (coni) risulta in sostanziali differenze nella fase del segnale irradiato da diaframmi differenti alle frequenze alte. Ne risulta un pattern di radiazione molto irregolare e non prevedibile.

Questo problema non sorge con una tromba quando viene impiegato un singola driver.

Quando due o più driver sono usati per alimentare una singola tromba , il range di frequenze, dove la curva di risposta non è alterata dalla molteplicità dei driver è quella dove i diaframmi vibrano in fase.

In sostanza l’analisi delle trombe viene limitata all’intervallo di frequenza dove l’impedenza acustica alla bocca vale rc moltiplicata per la superficie della gola. Questa è la stessa impedenza vista, per ka>1, da un pistone rigido montato alla fine di un lungo tubo. Non dovrebbe essere necessario aggiungere altro.

Perché il libro “Acoustics” di Beranek è importante (non perché lo ha scritto Beranek):

- perché è un libro di testo a livello universitario.

- perché è in uso dal 1954.

- perché è stato ripubblicato nel 1993 senza modifiche.

- Il contenuto di questo libro è stato valutato per oltre 50 anni.

Se ci fosse stato da ridire sul suo contenuto non sarebbe citato in quasi tutti gli articoli che trattano gli altoparlanti.

Acoustic di Beranek non è stato il primo libro di acustica ed elettroacustica: è stato preceduto da H. Olson (1945) ed è stato scritto 34 anni dopo la formulazione del modello di Webster. Ha anche dei difetti quali l’impostazione ingegneristica all’americana che tende a fornire formule pratiche senza troppo entrare nei dettagli della teoria e il trattare le analogie elettro-meccaniche senza un riferimento agli isomorfismi (l tempo già noti da almeno un decennio).

Beranek non esprime la verità assoluta (in fisica le verità sono provvisorie e non sono ammesse “testimonianze autorevoli”) ma va considerato con attenzione.

Va notato che Beranek insiste sui “sistemi ben progettati” e imputa i difetti degli array degli altoparlanti alle differenze tra i diaframmi. Oggi questo non è un problema grazie ai diaframmi in metallo, polipropilene o altri materiali composti che hanno una elevatissima costanza di prestazioni (almeno quelli prodotti da Seas e Scanspeak). Le differenze tra gli altoparlanti, oggi, non è più una limitazione (e le trombe non vengono più usate nemmeno per sonorizzare i concerti negli stadi).

Beranek limita l’utilizzo delle trombe ai grandi spazi e non cita l’eventuale utilizzo domestico nemmeno come ipotesi.

Colloms va oltre e afferma che i sistemi a tromba non sono all’altezza della qualità dei sistemi a radiazione diretta.

Altri affermano che i diffusori a tromba sono il modo migliore (insuperabile ed insuperato) per riprodurre la musica.

Ciò dimostra che, per quanto riguarda le trombe nella riproduzione della musica in ambiente domestico, siamo nel campo delle preferenze soggettive.

Non esiste, tuttavia, una legge che impedisca di usare i sistemi a tromba come si crede più opportuno.