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

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.

[6] 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 7-8 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] Public Address: è il sistema di altoparlanti che vengono disposti ai lati di un palco.

[19] 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.