PRESENTATO AL
CARATTERIZZAZIONE DI UNA SORGENTE SONORA
OMNIDIREZIONALE AD ELEVATE PRESTAZIONI
Edoardo Piana (1), Guido Noselli (2)
1) Dipartimento di Ingegneria Meccanica – Università degli Studi di Brescia
2) Outline Professional Audio – Flero, Brescia
1. Introduzione
Con questo contributo si vuole
presentare l’iter procedurale che ha
condotto alla realizzazione di una
sorgente acustica omnidirezionale,
ad elevate prestazioni, con caratteristiche innovative e flessibilità
d’uso.
2. Descrizione della sorgente
Per molte applicazioni acustiche
è utile avere a disposizione una
sorgente sonora che sia idealmente
in grado di emettere suono sia ad alti
livelli di pressione, sia in maniera
isotropa nello spazio circostante, con
segnali di test precisi, ripetibili e flessibili. Queste richieste possono essere soddisfatte
solo da sistemi elettroacustici di diffusione sonora [1].
Le specifiche che hanno guidato la progettazione della sorgente sonora descritta in
questo contributo sono state dedotte sia dalle normative in materia di verifica dei requisiti acustici di elementi edili sia dall’esigenza di avere uno strumento adeguatamente
flessibile per applicazioni di acustica architettonica, non ancora disponibile sul mercato
1
fino al momento della realizzazione del prodotto descritto in questo contributo. Per questi motivi, le caratteristiche di base per cui è stata concepita la sorgente dovevano essere
un’elevata potenza acustica, un peso ridotto e un campo di frequenze di funzionamento
che si estendesse da 40 Hz a oltre 10 kHz, compatibilmente con le necessità irrinunciabili di un’elevata omnidirezionalità anche alle alte frequenze ed alla capacità di mantenere nel tempo le prestazioni massime.
Partendo da queste richieste, il primo problema che si è posto era la determinazione
della forma spaziale minima del contenitore, in cui inserire altoparlanti di dimensioni
ridotte ma di elevata potenza. Si è optato per una forma dodecaedrica, in grado di ottimizzare l’occupazione degli spazi. Gli altoparlanti di cui è dotato il diffusore omnidirezionale sono “extended range” di diametro 133 mm con doppio magnete al Neodimio:
uno interno ed uno esterno dove è fissato il ‘plug’ in alluminio che ha il duplice scopo
di linearizzare la risposta e disperdere più efficacemente il calore. In sede di progetto
esecutivo si è deciso di utilizzare, per la prima volta in assoluto in questa tipologia di
diffusore professionale, un carico acustico di tipo “reflex”, al duplice scopo da un lato,
di ottenere la massima dispersione del calore per periodi di funzionamento prolungati,
dall’altro di ottenere, per gli altoparlanti utilizzati, la massima protezione meccanica naturale possibile. Inoltre, la realizzazione di quest’ultima soluzione ha apportato
l’ulteriore vantaggio di avere un incremento del livello sonoro nella banda della frequenza di accordo del sistema reflex, utile al fine dell’accoppiamento con un diffusore
aggiuntivo opzionale per le basse frequenze [2]. Complessivamente, la soluzione del
plug in alluminio degli altoparlanti, associata alla foratura distribuita sul box calcolata e
realizzata per ottenere l’accordo reflex deciso per la massima protezione al di sotto di 90
Hz, e lo speciale circuito dell’altoparlante con doppio magnete in Neodimio hanno consentito di raggiungere un elevato grado di sicurezza nel funzionamento alla massima potenza senza limiti al tempo di lavoro in condizioni di prestazioni assolutamente stabili.
Per esemplificare il discorso: la temperatura interna misurata è di 45° C, con una compressione in potenza di soli 0,3dB. In Figura 1 è possibile apprezzare un dettaglio del
diffusore dodecaedrico ed una visione d’insieme (finale di potenza esterno, subwoofer e
dodecaedro: ma esiste un amplificatore digitale a 4 canali che è alloggiato nel baule per
il trasporto della sorgente o in una tasca apposita ricavata nel cabinet del subwoofer).
Figura 1: Dettaglio del diffusore omnidirezionale e visione d’insieme del sistema.
3. Riferimenti normativi
Per la realizzazione della sorgente omnidirezionale è necessario fare riferimento alle
normative UNI EN ISO 140 e ISO 3382. In particolare, per la misura del tempo di riverberazione in un determinato ambiente, è necessario disporre di una sorgente capace
contemporaneamente di saturare acusticamente lo spazio circostante e di avere un sufficiente contributo in potenza nel campo delle frequenze che si intende generare. Inoltre
le normative citate specificano i valori massimi ammissibili di un parametro fondamentale, noto come indice di direttività. Nel caso in esame si è optato per un raccordo delle
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varie facce senza spigoli vivi, al fine di eliminare gli effetti di diffrazione ai bordi. Infine, per la determinazione della tenuta in potenza, è stata utilizzato lo standard tecnico
AES 2-1984-(1997) che è sembrato essere il più adatto per la valutazione della sorgente.
4. Specifiche prestazionali della sorgente
Le normative ISO 3382 ed ISO 140 specificano le caratteristiche di direttività che deve
avere la sorgente e propongono le curve di confronto per le analisi in bande di ottava e
in terzi d’ottava. In Figura 2 sono riportate le spezzate che riportano i valori limite ammissibili e gli istogrammi dei valori medi e massimi misurati per la sorgente omnidirezionale secondo le specifiche delle suddette normative.
8,0
10,0
8,0
6,0
6,0
4,0
4,0
2,0
2,0
0,0
0
50
0
0
0
31
5
40
0
0
0
20
0
25
0
0
0
12
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16
0
0
0
80
10
0
0
0
63
50
5
0
40
31
0
5
0
25
20
16
0
10
12
0
00
40
00
20
00
10
0
50
0
25
12
5
0,0
-2,0
-2,0
-4,0
-4,0
-6,0
-6,0
-8,0
-8,0
-10,0
Figura 2: Caratteristiche di direttività della sorgente secondo le Norme ISO 3382
ed ISO 140
Per quanto riguarda la gamma dinamica della risposta, nell’intento di favorire la trasportabilità, sempre tenendo presente l’obbiettivo di erogare un’elevata potenza acustica,
sono stati utilizzati altoparlanti “extended range” appositamente realizzati per il dispositivo oggetto del presente studio. Questo tipo di altoparlante ha la risposta in frequenza
più vicina alla tipologia di risposta decisa in sede di progetto (Figura 3a). Il prototipo
definitivo è stato ottenuto dopo la costruzione e l’analisi di numerosi campioni di laboratorio. La risposta acustica complessiva degli altoparlanti, accoppiati nel box, è riportata in Figura 3b. Si può osservare che l’inserimento degli altoparlanti nel box ha notevolmente variato la risposta in frequenza, con un’esaltazione delle frequenze comprese
fra 100Hz e 1250Hz. Appare quindi giustificata la scelta della risposta del singolo altoparlante in sede di progetto.
Figura 3: a) Risposta in frequenza del singolo altoparlante b) Risposta in frequenza del sistema completo in bande a terzi di ottava .
Si è poi deciso di integrare nel sistema di diffusione un dispositivo specializzato nella
riproduzione dei suoni a bassa frequenza (sotto gli 80 Hz) e si è introdotto un filtro di
equalizzazione per compensare l’erogazione alle alte frequenze. In Figura 4 possiamo
vedere l’effetto positivo dell’introduzione di queste scelte. In particolare, in Figura 4a,
relativa all’applicazione dell’equalizzazione, la curva di risposta risulta appiattita, men3
tre nella Figura 4b, relativa allo stato realizzativo finale con equalizzazione e subwoofer, la curva risulta significativamente appiattita e con valori in bassa frequenza sufficientemente elevati. Le curve appena richiamate caratterizzano un dispositivo di alto valore tecnologico, munito di alcune particolarità che – adeguatamente sfruttate – possono
portare al raggiungimento dell’eccellenza prestazionale, soprattutto in termini di linearità nella risposta e controllo della direttività.
Figura 4: a) Livelli di potenza sonora emessi dalla sola sorgente omnidirezionale
b) Livelli di potenza emessi dall’insieme sorgente omnidirezionale con
subwoofer.
In dettaglio ci si riferisce a: possibilità di pilotare separatamente gruppi di altoparlanti; possibile inversione di fase del segnale in uscita dall’amplificatore; ritardo impostabile fra le uscite dei canali. Infine, in Tabella 1 sono riportate le caratteristiche principali delle sorgenti che costituiscono il sistema.
Tabella 1: Specifiche delle sorgenti sonore che costituiscono il sistema.
Sistema dodeca- 12 altoparlanti Outline S5WM16NPP. Risposta in frequenza:
edrico
90÷12500 Hz; diametro 133 mm; Peso: 800 g. PWL@ massima:
130,3dB re 1pW con risposta equalizzata.
Extension range 1 altoparlante Outline 15”. Risposta in frequenza: 39÷150 Hz (max.
Subwoofer
sugg.); Peso: 25 kg. PWL@ massima: 129 dB re 1pW. 135 dBPeak
5. Conclusioni
La sorgente descritta soddisfa adeguatamente le esigenze dei tre principali settori per
cui è stata progettata: determinazione del tempo di riverberazione, valutazione dei requisiti acustici passivi nell’edilizia e ricerca nel campo dell’acustica architettonica. Per
quanto riguarda questo ultimo campo applicativo, il dispositivo è stato utilizzato anche
per misurazioni effettuate presso la sala Sinopoli del complesso Parco della Musica a
Roma producendo ottimi risultati.
6. Bibliografia
1. John Borwick, “Loudspeaker and Headphone Handbook”, Butterwoths
1988.
2. Harry Olson, “Acoustical Engineering”, Professional Audio Journals, Inc.
1991.
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