Il CLD (Cross-Link-Dipole) e le sorgenti ausiliarie

di Mario Bon

4 novembre 2010

rivisto il 24 settembre 2012

ripreso il 29 dicembre 2012

corretto il 17 febbraio 2013

Paragrafi di questo capitolo:
Premessa 

Acustica delle sale, dei teatri e dei piccoli ambienti

Suono diretto e suono riflesso

La realizzazione pratica del Cross-Link-Dipole

La Tripletta
 
Il CLD (Cross-Link-Dipole) e le sorgenti ausiliarie
 

Premessa

Questa è una specie di monografia dedicata alle sorgenti ausiliarie e al CLD ed alla tripletta.

Le sorgenti ausiliarie, se non interferiscono con il suono diretto, migliorano la Brillanza del suono riprodotto migliorando nel contempo anche Chiarezza e Spazialità.

Il Cross-Link-Dipole, pensato e sviluppato in Italia, è stato applicato per la prima volta nel modello Opera Tebaldi (2005-2006) e successivamente nei modelli Caruso e Malibran. La versione con tre tweeter (denominata tripletta) e stata implementata nei modelli Callas e Grand Callas. Il Cross-Link-Dipole è, nella sostanza, uno sviluppo dei sistemi introdotti in passato da Bose e Allison grazie alle conoscenza maturate nel campo dell’ acustica architettonica, della pscicoacustica e della musica elettronica degli ultimi decenni.

Esempio di Diffusore con sorgente ausiliaria posteriore. Vedere anche Revel Ultima Studio, Mirage, The Sonus Faber, e altri. Vedere anche Bose 901.

Tweeter Ambientale: prodotto dalla VPMS. Si pone sopra o dietro al diffusore acustico. Cross-over a 5000 Hz. Diva, Divina e SuperPavarotti sono equipaggiate con un tweeter posteriore tagliato a 4000 Hz.	Tweeter Ambientale: diffusore Cervin Vega degli anni 1970 con tromba posteriore

La realizzazione pratica del Cross-Link-Dipole

Ora supponiamo di avere un diffusore acustico che produce un buon suono diretto: una risposta in frequenza estesa e regolare, buona risposta impulsiva, bassa distorsione, ecc. . E se vogliamo migliorare ulteriormente la riproduzione conservando le qualità del suono diretto? Dobbiamo intervenire sul campo riflesso prodotto dal diffusore. Ci sono due modi: modificare la dispersione orizzontale e verticale o aggiungere una sorgente ausiliaria (che poi in pratica è la stessa cosa).

Fino a 200 Hz, il 99% dei diffusori acustici in commercio è omnidirezionale e c’è quindi poco da fare se non posizionare diversamente i diffusori rispetto alle pareti vicine. Lavorando sulla dispersione in gamma media e medio-alta, o semplicemente spostando e orientando diversamente i diffusori, si può intervenire sulla Spazialità.

E se vogliamo aumentare "la percezione limpida dei suoni acuti e delle armoniche alte delle note"? Istintivamente cercheremmo di aumentare l’emissione del tweeter …non è immediato collegare la “brillantezza” al campo riflesso. La Brillantezza non va confusa con la Chiarezza (o dettaglio).

E se vogliamo aumentare il dettaglio per un ascolto “non intenzionale”? Dobbiamo aumentare il numero di informazioni che giungono all’orecchio il che non significa necessariamente aumentare il livello di una certa banda di frequenze infatti si è detto aumentare il numero di informazioni non l’intensità del campo diretto.

Una serie di test eseguiti da chi scrive (in ambienti piuttosto grandi e con più coppie di diffusori) ha confermato che aumentando l’energia nel campo riflesso a partire da circa 2Khz si induce nell'ascoltatore una sensazione di maggiore Brillanza nella riproduzione. Allo stesso tempo migliora il senso di spazialità e la sensazione di profondità della scena acustica e la riproduzione sembra più dettagliata.

In realtà l’aumento della Spazialità è dovuto all’aumento della Chiarezza e l’incremento di chiarezza è dovuto al maggior numero di informazioni che arrivano alle orecchie.

Verificato il principio lo si deve applicare adattandolo alla struttura del diffusore acustico HiFi. Ciò si può fare aggiungendo un sistema di radiazione ausiliario che alimenta il campo riflesso in modo autonomo. Automaticamente sorge il problema dell'interferenza tra gli altoparlanti “principali” ed ausiliari che, se avviene lungo l’asse di ascolto, inevitabilmente degrada la risposta impulsiva (e tutte le caratteristiche primarie del suono).

La sorgente ausiliaria viene posizionata sul lato posteriore del diffusore per due motivi pratici: c’è il posto necessario ed è il punto del cabinet più lontano dagli altoparlanti principali.

Una soluzione consiste nel far funzionare un tweeter posteriore nella gamma più alta dello spettro audio dove, sia il tweeter anteriore che quello posteriore, irradiano su un angolo solido minore di 180 gradi. Ciò richiede che la banda passante del tweeter posteriore sia limitata inferiormente a circa 4000 Hz. Ma per aumentare la “Brilliance" il tweeter posteriore deve irradiare almeno una ottava più in basso e una parte consistente della radiazione posteriore raggiunge l'asse di ascolto producendo l'effetto di un filtro a pettine con tutti gli effetti negativi che ne conseguono.

Il suono diretto determina le caratteristiche primarie del suono e la risposta ai transitori ne è un aspetto molto importante quindi la radiazione posteriore non deve interferire con il suono diretto. Il sistema posteriore può irradiare ovunque ma non sull’asse principale di ascolto. Serve allora una sorgente “anisotropa”. Il dipolo acustico è la sorgente anisotropa più semplice: lungo l’asse del dipolo la radiazione è nulla ma rimane nulla su un angolo verticale piuttosto stretto. Per aumentare tale angolo la sorgente posteriore è realizzata con una coppia di dipoli disposti perpendicolarmente all'asse principale di ascolto.Come si vede nelle figure la radiazione del "doppio dipolo" è nulla sull'asse di ascolto e massima verso l'alto e verso il basso. La radiazione degli altoparlanti posteriori giunge all'ascoltatore solo dopo essere stata riflessa dalle pareti una o più volte (vds figure) ma la radiazione verso le pareti laterali è praticamente nulla perché sul piano orizzontale, che contiene l’asse del dipolo, la radiazione è nulla. Considerate la distanza tra i 4 tweeter e il fatto che l’asse di radiazione nulla del doppio dipolo deve corrispondere all’asse di radiazione del tweeter anteriore, si vede come questo sistema possa trovare posto solo su diffusori acustici convenientemente sviluppati in altezza. Questa limitazione è stata superata dalla tripletta adottata per modello Callas e Grand Callas.

Figura 1 e 2: a sinistra:Schema di un dipolo realizzato con due tweeter a cupola. Un dipolo acustico è costituito, per definizione, da una coppia di sorgenti uguali, ma con fase opposta, separate da una distanza fissa. A destra: Dispersione verticale di un dipolo a tre frequenze diverse: rosso = 1000 Hz, nero = 1500 Hz e viola = 1871 Hz. Lungo l’asse perpendicolare al dipolo l’emissione è nulla ma l’angolo è troppo stretto.

Figura 3:Dispersione verticale del doppio dipolo montato sulla Tebaldi: la zona a radiazione nulla si estende su un angolo maggiore.

Una volta realizzato il diffusore definitivo ed eseguiti i test di ascolto, il contributo della sorgente posteriore, chiaramente udibile, è risultato conforme a quanto prevedibile teoricamente sia per quanto riguarda la Brillanza, l’aumento di Spazialità e anche in termini di allargamento della zona isotipica (vedi oltre). L'effetto della sorgente posteriore appare tanto più evidente quanto più il programma sonoro da riprodurre è complicato (grande orchestra) mentre, come previsto, può non essere gradito con le registrazioni monofoniche (ormai molto rare).

Il sistema interviene sul rapporto tra suono diretto e suono riflesso e funziona in una ampia gamma di situazioni. L’effetto è attenuato solo se le superfici fonoassorbenti sono concentrate alle spalle dei diffusori mentre la distanza dalle pareti vicine non appare critica e può essere ridotta anche una ventina di centimetri.

La sorgente a doppio dipolo è stata chiamata Crossed-Linked-Dipole (Dipolo Incrociato) per distinguerlo da altri sistemi che utilizzano dipoli (i pannelli elettrostatici, diffusori a riflessione, ecc.).

Alla fine questa soluzione appare ottimale da tutti i punti di vista:

- il contributo alle riflessioni laterali nullo (non allarga la sorgente)

- il contributo sull’asse di ascolto nullo (preserva la qualità del suono diretto)

- il contributo alla localizzazione nullo (il suono giunge dopo le prime riflessioni)

- riduce la distanza critica alle frequenze medio alte

- ristabilisce la risposta in potenza (dove il tweeter diventa direttivo)

- aumenta il livello e la persistenza del campo riverberato tra 2 e 4 kHz (aumenta la Brillanza)

- aumenta le riflessioni ritardate che giungono all’orecchio (aumenta l’energia nella zona di fusione aumentando l’intelligibilità del messaggio)

- aumenta il senso di profondità

- la fase della radiazione posteriore (la fase del CLD) è ininfluente

La Tripletta

Come detto il CLD è piuttosto ingombrante e non può essere utilizzato su diffusori “piccoli” quali un sistema a due vie. A tale scopo + stata realizzata la tripletta.

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

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

due differenti versioni della tripletta. La seconda presenta impedenza di ingresso più bassa.

Il tweeter scelto per realizzare la tripletta misura 53 millimetri di diametro e, complessivamente, la tripletta occupa circa 16 cm (contro i 40 del CLD). La figura che segue mostra la dispersione verticale della Tripletta. L’area di radiazione nulla si estende su un angolo di 30 gradi e non si vedono minimi secondari alle frequenze di interesse. Le caratteristiche della tripletta sono del tutto simili a quelle del CLD con il vantaggio che la tripletta può essere applicata anche su diffusori acustici di dimensioni ridotte (il modello Callas è un diffusore da stand).

Tripletta: risposta in frequenza e dispersione verticale

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

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

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

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

Tebaldi (2005)	il doppio dipolo realizzato con 4 tweeter Scanspeak 9700 montato sul pannello posteriore della Tebaldi.

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Modello Caruso con CLD (2006)	Modello Malibran con CLD (2009). Sullo sfondo una Grand Callas con Tripletta.