120 dB a 30 Hz
di Giorgio Maria Carugatti
Melchiorri – MIT
(15 maggio 2015, rivisto il 7
dicembre 2015)
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In generale: Per mantenere lo stesso livello
SPL, lo spostamento volumetrico SV dell’altoparlante deve quadruplicare ad ogni dimezzamento della frequenza.
Questo significa che per ottenere: lo spostamento volumetrico
decresce di 12 dB per ottava e su 10 ottave si riduce di 120 dB (un milione
di volte). Per questo motivo si utilizzano woofer di grande diametro a bassa
frequenza e tweeter da 1 pollice (o anche meno) per le frequenze alte. Fortunatamente ci viene in
soccorso l’ambiente: un woofer da 18” con 16 millimetri di spostamento
lineare picco-picco posto alla confluenza di tre pareti (+18 dB) consente di
ottenere 120 dB SPL a 30 Hz in regime sinusoidale senza eccedere lo
spostamento lineare (probabilmente la risposta in frequenza dovrà essere
equalizzata ma questo al momento non
interessa). Dal punto di vista dello
spostamento volumetrico lo stesso risultato si ottiene con 2 woofer da 10”
Seas D1001 (sempre in angolo e con 80 litri di volume). Visti i 18 dB di vantaggio, un
sub-woofer andrebbe posto alla confluenza di tre pareti. Il DRC si prenderà cura di
controllare i modi normali dell’ambiente. |
Cominciamo con il regime sinusoidale. Per ottenere 120 dB SPL a 30 Hz, in
regime sinusoidale, ad un metro si debbono mettere in movimento 5.87 litri
d'aria ovvero poco meno di 12 litri picco-picco. La posizione in angolo aumenta
il fattore di direttività a 9dB e l’SPL fino a 18 dB rispetto allo spazio
libero (sfruttando le sorgenti
virtuali)
Con un sistema Reflex. accordato a 30 Hz, lo spostamento volumetrico potrebbe
essere di molto inferiore ma, a 60 Hz dovrebbe comunque essere nell’ordine di
un litro e mezzo.
Ricordiamo anche che, affinché le compressioni dell'aria all'interno del
cabinet si mantengano lineari, lo spostamento volumetrico del woofer non deve
superare il 10 o meglio il 5% del volume a disposizione. Ne segue che, per 6
litri di spostamento volumetrico, il cabinet deve avere un volume minimo di 60
litri. Quindi una cassa troppo "piccola" non può riprodurre elevati
SPL senza distorsione. Questa considerazione vale per la cassa chiusa e ancor
più per il reflex.
Passiamo ad un regime di funzionamento più vicino al regime musicale : il
rumore rosa. Per ottenere 120 dB con rumore rosa sulla banda 20-20kHz, con un
sistema dove il woofer è filtrato a 200 Hz, esso dovrà produrre circa 115 dB
(con rumore rosa nella decade da 20 a 200 Hz) e ancor meno se la banda passante
è più limitata (per esempio da 20 a 100 Hz bastano 112.22 dB). In tal caso lo
spostamento volumetrico richiesto si riduce alla metà portando il volume
minimo, richiesto per la cassa, attorno a 30 litri.
Si può dire che ottenere 120 dB a 30 Hz in ambiente domestico è possibile e, se
sisfrutta la posizione ad angolo non sono nemmeno necessari sistemi
esageraamente inogombranti. Quello che
serve è un bion sistena di correzione ambientale (DRC,Dirac o simili).
Va poi considerato che:
- alcuni strumenti presentano una seconda armonica molto più intensa della
fondamentale (percussione, basso
elettrico, ecc.)
- solo la pedaliera dell'organo
scende sotto i 27 Hz
- le note musicali corrispondenti alla prima ottava (da 16 a 32 Hz) nelle
partiture sono rare
- una certa confusione (tragli audiofili) tra "quantità" ed
"estensione" del basso.
Anche le prime note del pianoforte sono "poco suonate". La prima nota
irrinunciabile è sicuramente il MI a 40 Hz (Basso elettrico, contrabbasso). Va
detto che, per il basso elettrico, la seconda a armonica è più intensa della
fondamentale per cui un diffusore con un boost a 80Hz sembra avere "più
bassi" di un diffusore con risposta "piatta".
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L'audiofilo tende a confonde la
quantità di bassi con l'estensione verso il basso. Se un diffusore ha una
risposta estesa fino a 20 Hz ma il programma musicale non contiene queste frequenze
non si sentirà nulla, un diffusore con un boost tra 60 e 80 sembra avere “più
bassi” perché esalta la seconda armonica delle note comprese tra 30 e 40 Hz.
Anche il fenomeno della “ricostruzione della fondamentale mancante” gioca il
suo ruolo (specie nei minidiffusori). |
Un'altro errore comune è attribuire alla gamma bassa (che si estende a partire
da16 Hz fino a 80-100 Hz) delle qualità caratteristiche della gamma medio-bassa
(dove si concentra gran parte della potenza del segnale musicale). Un buon
sistema di altoparlanti riproduce quello che c'è nel programma musicale senza
mettere o togliere nulla.
L'ultima annotazione riguarda il volume di ascolto: a basso volume il nostro
apparato uditivo è poco sensibile al livello delle basse frequenze (figura qui
sotto).
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Come si vede ad una variazione
di sensazione di intensità sonora di 30 phon, tra 400 e 2000 Hz circa, corrisponde
una sensazione di variazione di intensità di 10 Phon a 30 Hz circa. Questo significa che una
variazione “reale” di intensità di 30 dB corrisponde a un a variazione
soggettiva di 10 dB. Per aumentare il livello di 10
dB si deve moltiplicare la potenza per
10. Per aumentare il livello di 30
dB di deve moltiplicare la potenza per 1000. |
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Superati gli 80 dB di SPL la
risposta dell’orecchio si fa più regolare. In ambiente domestico le persone
normodotate regolano il livello SPL di ascolto tra 70 e 90 dB (il che non
impedisce, con sistemi adeguati, di ottenere picchi ben oltre i 100 dB). Per non rischiare danni fisici
permanenti è opportuno limitare i picchi di pressione, nel punto di ascolto,
a 110-113 dB. |
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Ciascuno è libero di fare come
crede ma, se alla fine di una sessione di ascolto, fischiamo le orecchie,
significa che i limiti fisiologicamente sopportabili sono stati superati e,
probabilmente, si sono già fatti dei danni irreversibili. Se poi ci si abitua
ad ascoltare musica, in ambiente domestico, con picchi a 130 dB, quando il
fattore di cresta è pari a 3 (9 dB) significa che l’udito è compromesso. Tali pressioni di picco sono
tollerabili se il fattore di cresta
del programma musicale supera 10 (20 dB) |
Se si desidera percepire le basse
frequenze anche a basso volume si deve introdurre una equalizzazione
(compensazione fisiologica, controllo di loudness). Inevitabilmente un
diffusore che suona bene a "basso volume" presenterà una gamma bassa "abbondante"
quando ascoltato a volumi più sostenuti.