Il computer fa rivivere gli altoparlanti a tromba?

 

Gli altoparlanti a tromba, che un tempo godevano di buona reputazione per la loro elevata efficienza e per l'alta dinamica che fornivano alla riproduzione sonora, sono caduti in disuso dopo l'apparizione delle casse reflex e degli ancor più recenti diffusori a sospensione pneumatica.

E' stata soprattutto la mancanza quasi assoluta di basi scientifiche nella progettazione dei profili e nel dimensionamento delle <<bocche>> dei trasduttori, che ha provocato clamorosi errori e delusioni d'ascolto terribili nei progettisti e negli appassionati hi-fi.

L'aiuto del computer e le più moderne teorie sui parametri degli altoparlanti sembrano promettere un più roseo futuro di questi altoparlanti, quasi insostituibili in certi impieghi. Vediamo di dare le basi scientifiche del problema, di studiare gli altoparlanti più adatti a questo impiego, realizzando alla fine un esempio completo di tromba ad alta fedeltà.

 

Che cos'è una tromba.

 

Fin dai millenni prima della nascita di qualsiasi altoparlante l’uomo intuì che per rinforzare il suono della voce bastava formare con le mani un imbuto davanti alla bocca.

Era già un primo tentativo di realizzare un accoppiatore a tromba.

In effetti la tromba vera e propria funziona da trasformatore acustico destinato ad adattare l’elevata impedenza (acustica) della sorgente sonora alla bassa impedenza dell’ambiente che ci circonda.

E’  proprio a causa di questo disadattamento che l’efficienza dei trasduttori a radiazione diretta ( membrana  direttamente a contatto con l’aria ) e’ molto bassa, mai superiore a qualche per cento al massimo.

Gli altoparlanti a tromba invece possiedono efficienze generalmente comprese tra il 10 ed il 50 per cento.

 

Pregi e difetti

 

Dinamica elevatissima  e diagrammi di radiazione controllati sono le peculiarità di questi sistemi, che perciò trovano efficace applicazione in grandi sale d’audizione, teatri, stadi, ed amplificazione di musiche moderne e dal vivo.

Vediamo però anche il rovescio della medaglia, che altrimenti apparirebbe troppo luccicante ed invitante.

Prima di tutto la tromba deve essere tanto più grande quanto minore è la frequenza riprodotta, per cui la costruzione di casse acustiche a tromba per note basse è molto complicata e costosa. Tanto che consigliamo gli hobbisti di questo genere di diffusori di mostrare alla moglie i disegni, con gli ingombri di massima, prima di procedere alla realizzazione pratica.

Spesso poi possono intervenire forti distorsioni di fase tra i vari componenti la cassa per le elevate distanze tra la << bocca d’uscita >> e l’effettiva sorgente sonora (membrana).

 

Un po’ di storia

 

Thomas Edison collegò una piccola tromba al suo primo fonografo nel 1877, per accoppiare le vibrazioni del diaframma al carico dell’aria, nell’ambiente d’ascolto.

Per più di vent’anni i fonografi continuarono ad utilizzare trombe esterne, per lo più a sviluppo conico, con asse diritto o ricurvo, a seconda della loro lunghezza e dell’estetica generale del dispositivo.

Un esame tecnico di questi profili, alla luce delle moderne teorie, rivela una quasi assoluta ignoranza dei principi di funzionamento della tromba, intesa come trasformatore acustico. Ciò appare oggi ben stano se si pensa che Lord Rayleigh pubblicò il suo libro << Theory of sound >> nel lontano 1878 ed in alcuni capitoli si descriveva la trasmissione di onde acustiche in condotti a sezione variabile.

E’ soltanto dopo il 1920 che una nutrita schiera di studiosi ( Webster, Hanna, Slepian, Wilson, Webb ) elaborò una serie di teorie su vari tipi di trombe e sviluppi.

All’inizio si pensò che l’onda sonora si mantenesse sempre piana e progressiva dalla bocca di accesso a quella di uscita, mentre gli studi successivi e più approfonditi ( Crandall, Voigt ) presero in considerazione la possibilità che un progressivo incurvamento del fronte potesse trasformare in sferica l’iniziale onda piana.

Fin dai quei tempi lo sviluppo esponenziale raccoglieva i maggiori consensi anche perché sembrava suggerito da Rayleigh stesso.

Durante gli anni venti, trenta e quaranta vennero realizzati diversi tipi di trombe, a sezione non più soltanto circolare ma anche quadrata e rettangolare, e dall’andamento un tempo esclusivamente diritto o lievemente ricurvo si passò a modelli ripiegati.

Soprattutto l’invenzione dell’altoparlante dinamico liberò i progettisti dal vincolo di collegare la tromba al braccio di lettura del giradischi.

Praticamente al termine di questo glorioso periodo si ebbe una delle massime espressioni del trasduttore a tromba, con la geniale invenzione di Mr. Klipsch, che sfruttò le pareti della sala di ascolto come elementi terminali di una tromba per note basse a doppia biforcazione.

La Klipschorn, dotata di risposta estesa fino a 40 Hz, rimase nella storia dell’elettroacustica, ed  è ancor oggi venduta nei negozi hi-fi e nonostante il proliferare di tantissimi moderni trasduttori, trova ancor degli estimatori in ogni parte del mondo.

L’invenzione del principio reflex determinò in pratica quasi la fine della tromba, almeno nell’impiego sulle basse frequenze mentre ancor oggi si utilizzano tali congegni nella gamma della voce (PA), nelle medie e alte frequenze.

E’ però abbastanza plausibile che l’impiego di più aggiornate teorie e l’aiuto del computer possa ridare interesse al trasduttore a tromba, quasi insostituibile quando si debbano coprire vaste aree di ascolto senza dover rinunciare alla dinamica musicale.

 

Dimensioni della bocca

 

Nel concepire una qualsiasi tromba il progettista deve dimensionare tutti i parametri in maniera tale che essa possa irradiare la massima potenza acustica su tutta la gamma di frequenze desiderata.

La grande bocca terminale d’uscita rappresenta il vincolo maggiore per la riproduzione delle note basse in quanto il rapporto tra la circonferenza e la lunghezza d’onda deve sempre essere superiore a uno:

 

      C>Lm        D>Lm/3.14

Lm = lunghezza d’onda massima riprodotta

C = circonferenza della bocca d’uscita della tromba

D = diametro massimo della tromba.

In questo caso la circonferenza è sufficientemente elevata da assicurare un’impedenza praticamente resistiva su tutta la gamma desiderata.

Se la bocca non è circolare, ma quadrata, la potenza irradiata sarà la stessa per trombe della stessa area, per cui:

 

           2*rad(3.14*Sq) > Lm

Sq = superficie della bocca a sezione quadrata

Supponiamo di voler progettare una tromba per basse frequenze che si estenda fino a 60 Hz (Lm = 5.73m).

L’area della bocca d’uscita non potrà essere inferiore a 2.6 metri quadrati; se la sezione sarà circolare dovrà avere un diametro di 1.82m, se quadrata il lato diventerà di 1.6m.

Come si può subito notare le trombe per note basse pagano l’efficienza terribile con dimensioni assai rispettabili e non certo molto << domestiche >>.

 

 

Frequenza limite in Hz

Diametro bocca circolare  m

Lato bocca quadrata in m

  Bocca in Metri quadrati

40

2.73

2.43

5.886

50

2.19

1.94

3.768

60

1.82

1.62

2.624

70

1.56

1.38

1.904

80

1.37

1.21

1.464

90

1.22

1.08

1.166

100

1.1

0.97

0.940

 

 

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