Centro acustico virtuale

2 novembre 2016 – 5 dicembre 2018-12-06

Nell’ascolto dal vivo sono predominanti le sorgenti reali, nella musica riprodotta sono predominanti le sorgento virtuali (gli effetti psicoacustici).

Si deve distinguere il centro acustico reale ed il centro acustico virtuale. Entrambe dipendono dalla frequenza.

Centro acustico reale:

l’altoparlante a cono, alle basse frequenze, si comporta come un pistone rigido piatto. Il centro fisico di emissione è quindi a livello del bordo esterno del cono. Al salire della frequenza la regione del cono in movimento si sposta verso l’apice del cono e il centro di radiazione finisce per coincidere con la cupoletta parapovere (o con la bobina mobile quando è presente una ogiva). Ne segue quindi che il centro di emissione si sposta all’indietro di qualche centimetro. Tuttavia se si deve allineare un woofer a cono con un medio a cono non si deve considerare la profondità del cono stesso ma allineare le risposte degli altoparlanti con i loro filtri.

A questo effetto se ne sovrappone un altro: per effetto del passa alto nella risposta dell’altoparlante la fase delle basse frequenze appare anticipata mentre, per effetto del passa basso nella risposta, le frequenze alte appaiono ritardate. Quindi si sovrappongono almeno tre effetti:

- lo spostamento (lungo l’asse dell’altoparlante)

- l’effetto dovuto alla risposta in frequenza

- altri effetti causati dalla risposta non a fase minima.

Si può scegliere di utilizzare un altoparlante solo nella banda di frequenze dove si comporta come un pistone rigido. Questo risolve dei problemi ma ne introduce altri quali l’aumento del numero di vie e delle dimensioni verticali della sorgente.

Centro acustico virtuale:

Il centro acustico virtuale è il punto da cui sembra provenire (o essere emesso) il suono. Per esempio al cinema la voce sembra uscire dalla bocca degli attori (ma è un effetto psicoacustico). Nella riproduzione stereo il canale centrale virtuale sembra essere al centro dei diffusori destro e sinistro (ma è un altro effetto psicoacustico).

Il centro acustico virtuale di un diffusore acustico a più vie si sposta con la frequenza da un altoparlante all’altro: la sua posizione varia sia sull’asse orizzontale che sull’asse verticale. Tutti questi spostamenti hanno effetti più evidenti quando si ascolta “vicino” ai diffusori e diventano meno importanti quando si ascolta da “lontano”.

Nei sistemi multivia la posizione del centro acustico virtuale dipende dalla frequenza. In un tipico sistema a tre vie con gli altoparlanti in verticale uno sopra l’altro il centro acustico delle basse frequenze coincide con i woofer, alle medie frequenze coincide con il medio e alle frequenze alte con il tweeter. Più ci si allontana dal diffusore e più i centri acustici virtuali tendono ad apparire coincidenti.

Anche il filtro cross-over (attivo o passivo) e le linee di ritardo (applicate a ciascun altoparlante) modificano la posizione del centro acustico virtuale.

Il centro acustico virtuale di un sistema di altoparlanti a due vie può essere determinato attraverso lo studio dei diagrammi polari e con le tecniche di inversione. In generale quando la lunghezza d’onda alla frequenza di incrocio è maggiore (doppia) della distanza D i due altoparlanti si comportano come una unica sorgente.

Tuttavia l’apparato uditivo ricava la posizione del centro acustico virtuale a modo suo (si veda per esempio l’effetto Haas e l’effetto delle prime riflessioni laterali). E’ possibile, sfruttando alcuni effetti psicoacustico, indurre l’ascoltatore a credere che il centro acustico virtuale di un sistema di altoparlanti si trovi anche sopra ai diffusori.

In un sistema a tre vie se il tweeter viene posto tra woofer e medio il centro acustico virtuale compie il “percorso” indicato in rosso. Il woofer e il medio possono essere incrociati tra 200 e 400 Hz (lamda = 1.7 e 0.86 metri) con buona probabilità di formare una sorgente indistinguibile. I tre centri acustici giacciono su un arco di circonferenza che ha il centro dietro agli altoparlanti tra medio e tweeter.

Nota: per un sistema a due vie è sempre possibile determinare un asse i cui punti sono equidistanti dai due altoparlanti. Se il centro acustico fisico degli altoparlanti fosse fisso, questo risolverebbe il problema: sarebbe sufficiente allontanare woofer e tweeter ed inclinare opportunamente il pannello frontale.

Allontanare il woofer dal tweeter comporta però la riduzione dell’angolo di dispersione verticale. Questo non è un male in assoluto a patto che il fattore di direttività del sistema non subisca troppe variazioni (in particolare variazioni brusche).

Tutto diventa più semplice se la frequenza di cross-over tra medio e tweeter può essere abbassata. Si può fare riferimento alla frequenza dove ka=2 (a raggio equivalente del medio):

Diametro nominale	SD altoparlante	Frequenza per Ka=2
8 pollici	220 cm quadri	1308 Hz
7 pollici	136 cm quadri	1665 Hz
6 pollici	110 cm quadri	1850 Hz
5 pollici	105 cm quadri	1895 Hz
5 pollici	80 cm quadri	2170 Hz

Ci si può aiutare anche con il grafico che segue (forntito da Altec e ripreso da Electrovoice) che indica l’angolo dove l’SPL prodotto cala di 6 dB in funzione del perimetro del pannello frontale (espresso in pollici) ed il diametro nominale dell’altoparlante.

60” corrispondono ad un perimetro di 152 centimetri che potrebbe essere un diffusore a tre vie largo 20-30 centimetri e alto 50-60 centimetri. La dispersione di un altoparlante da 8 pollici presenta –6dB a 180° un poco oltre i 1000 Hz, un altoparlante da 5 pollici a circa 2000 Hz (sempre a 180°). Come si vede i dati sono in buon accordo con la frequenza dove ka=2.