Il mondo in cui viviamo è cablato per il suono. A meno che non viviate in cima a una montagna (fortunati voi), è probabile che durante la vostra giornata sentiate il suono provenire da una serie di altoparlanti diversi.

Telefoni cellulari. Televisori. Gli ascensori. L'altoparlante bluetooth in metropolitana che diffonde cose che non si vogliono sentire.

E forse, cosa più importante per noi musicisti, i diffusori ci permettono di ascoltare il nostro lavoro con un dettaglio incontaminato.

Ma come funzionano esattamente i diffusori? Anche se non siete curiosi di sapere come viene prodotta la salsiccia sonora, è una buona idea avere una conoscenza di base della tecnologia dei diffusori se avete intenzione di passare la vostra vita in uno studio.

Fondamenti del suono

Prima di esaminare i diffusori, facciamo un breve ripasso sul funzionamento del suono stesso.

Il suono è essenzialmente energia meccanica sotto forma di onde che si muovono attraverso un mezzo, sia esso aria, liquido o solido.

Questo movimento provoca variazioni localizzate della pressione in base alla forma dell'onda, proprio come le increspature che si creano quando si lascia cadere un sasso (o il telefono) nell'acqua.

Nell'immagine sottostante si vede un'onda sinusoidale di 1 kHz. Vedete come c'è un aumento, seguito da una diminuzione, del livello di pressione sonora rispetto alla pressione ambientale? Questo è il suono in movimento.

All'interno delle nostre orecchie migliaia di minuscole cellule ciliate rispondono a questi cambiamenti di pressione, convertendoli in un segnale elettrico che il nostro cervello può interpretare come Nickelback. O qualsiasi altra cosa.

Un segnale audio analogico è un suono sotto forma di energia elettrica, rappresentato come una forma d'onda di tensione. Ecco la stessa onda sonora rappresentata come segnale elettrico:

L'audio digitale è una rappresentazione di un segnale analogico memorizzato in formato binario.

Un segnale audio, sia esso analogico o digitale, deve essere riconvertito in un'onda sonora (energia meccanica) affinché le nostre orecchie possano interpretarlo.

Entrare nell'altoparlante.

Come funzionano gli altoparlanti: Le basi

Prima di entrare nel merito dei componenti dei diffusori e del loro funzionamento, facciamo una rapida panoramica di ciò che un diffusore fa per ricreare il suono.

Un segnale audio amplificato viene inviato a una bobina metallica. Questa bobina reagisce alla corrente elettrica che la attraversa, interagendo con un magnete all'interno del diffusore e facendo vibrare un diaframma.

Il diaframma muove l'aria, creando onde sonore che sono una copia esatta del segnale audio originale. Et voilà! Potete sentire vostra madre che vi parla dall'altra parte del paese.

Ovviamente si tratta di una semplificazione eccessiva. Ma ora che conosciamo la versione "Cliffs Notes" di come i relatori svolgono la loro attività, vediamo di analizzare la situazione.

Cosa c'è dentro un diffusore?

Diamo un'occhiata a tutte le parti del diffusore che creano la magia...

Il driver del diffusore

Il driver del diffusore è responsabile della conversione del segnale elettrico in onde sonore. È il motore che alimenta la riproduzione del suono del diffusore.

Dall'interno verso l'esterno, i componenti che costituiscono un diffusore sono:

• Palo
• Piastra posteriore
• Magnete
• Piastra superiore
• Bobina mobile
• Cestino
• Ragno
• Cono e bordo
• Cappuccio antipolvere

Palo, piastra posteriore e superiore

Il polo di un diffusore è come la bacchetta di un direttore d'orchestra, che mantiene in sincronia l'orchestra di suoni che fluisce attraverso il diffusore. È l'asse centrale attorno al quale si basa l'intero sistema magnetico.

La piastra posteriore si trova dietro il palo e, non a caso, la piastra superiore si trova sopra.

Magnete

Il magnete permanente è circondato dal polo e dalle piastre per focalizzare il suo campo magnetico ed è fissato al cestello del diffusore.

Si parla di magnete permanente perché è sempre un magnete.

La bobina mobile, invece, diventa un magnete (o per essere precisi un elettromagnete) solo quando viene alimentata da una corrente elettrica.

Bobina vocale

La bobina mobile è un filo strettamente avvolto attorno a un piccolo cilindro, talvolta chiamato bobina. Assomiglia a uno yo-yo.

Quando un segnale elettrico attraversa la bobina, questa diventa un elettromagnete che interagisce con il magnete permanente.

Se ricordate le vostre lezioni di scienze, ricorderete che le forze simili si respingono e quelle opposte si attraggono. Questo gioco di forze magnetiche crea il movimento che spinge la bobina e, in ultima analisi, crea le onde sonore.

Ragno e bordo

Lo spider è un pezzo di materiale ondulato che sostiene la bobina mobile. Mantiene la bobina in posizione consentendole di muoversi liberamente in avanti e indietro.

Anche se sembra una contraddizione, non è così. Il ruolo principale del ragno è quello di consentire alla bobina mobile di muoversi in una sola direzione, ovvero verso l'alto e verso il basso. Senza il ragno, la bobina mobile si aggirerebbe a caso all'interno dell'alloggiamento del diffusore.

Il bordo svolge una funzione simile a quella del ragno, tranne che per il fatto che tiene il cono in posizione nella parte superiore del cestello.

Il cono

Conosciuto anche come diaframma, il cono del diffusore è una delle poche parti visibili di un diffusore.

Il cono si muove avanti e indietro in risposta agli impulsi magnetici della bobina mobile. Il movimento del cono crea onde di pressione nell'aria che lo circonda, generando i suoni che si sentono.

Cappuccio antipolvere

Questo piccolo dispositivo impedisce alla polvere e alle particelle di sporco di entrare nel gruppo del diffusore e di rovinare tutto.

Cestino

È solo un termine di fantasia per indicare l'alloggiamento che tiene insieme tutte le parti del diffusore. In effetti assomiglia un po' a un cestino.

Si tratta quindi di tutto ciò che costituisce un parlante vero e proprio. Ma nel linguaggio quotidiano, quando parliamo di parlanti, intendiamo l'intero insieme.

Cos'altro è necessario per far funzionare i diffusori?

Componenti elettrici

Per far pompare la bobina mobile con la marmellata è necessario inviarle un segnale elettrico. A questo scopo si utilizzano i terminali dei diffusori e un cavo intrecciato.

I terminali sono linguette metalliche o porte di connessione che collegano un cavo audio al diffusore.

A questi terminali è collegato il filo intrecciato che è collegato alla bobina mobile, dandole il carburante di cui ha bisogno.

Alloggiamento

Per funzionare correttamente, un diffusore ha bisogno di un involucro, spesso chiamato cabinet, per diversi motivi.

In primo luogo, fornisce un ambiente sigillato per proteggere i vari componenti del driver da polvere, sporcizia e peli di cane.

In secondo luogo, attenua la cancellazione di fase. Quando il diaframma di un diffusore si muove, crea onde sonore in entrambe le direzioni. Senza l'alloggiamento, queste onde si annullerebbero a vicenda.

Infine, la cassa influisce sulla distribuzione del suono. Il suono può essere diretto in una direzione specifica e le basse frequenze possono essere sintonizzate correttamente.

L'involucro della custodia è realizzato con un materiale spesso e poco flessibile. Il legno o l'MDF a media densità sono i più diffusi, ma si usa anche la plastica.

Amplificazione

Tutto questo va bene, ma un diffusore da solo non è in grado di produrre nulla di utile.

Sebbene i diffusori siano disponibili in varie forme e dimensioni, tutti condividono lo stesso requisito: un segnale audio più forte del segnale di livello di linea inviato dai dispositivi di riproduzione, come un televisore o un'interfaccia audio.

Un amplificatore di potenza viene utilizzato per potenziare il segnale dal livello di linea al livello dei diffusori. A seconda dei diffusori, può essere un'unità esterna o incorporata nell'alloggiamento del diffusore stesso.

Altoparlanti attivi

I diffusori attivi hanno un amplificatore incorporato Gli Yamaha HS5 sono diffusori attivi molto apprezzati per il monitoraggio in studio.

Altoparlanti passivi

I diffusori passivi richiedono un amplificatore di potenza esterno per generare le onde sonore dal segnale audio.

Il JBL PRX412 è un robusto esempio di diffusore passivo che necessita di un amplificatore di potenza esterno per avere sufficiente potenza acustica.

Come fanno i diffusori a produrre frequenze diverse?

Finora abbiamo visto come gli altoparlanti trasformano l'energia elettrica (un segnale) in onde di pressione nell'aria e quindi in suono.

Ma non tutte le frequenze sono uguali e un singolo diffusore che cerchi di coprire tutte le basi (scusate il gioco di parole) sarà davvero scarso.

Ecco perché nei concerti si vedono pile enormi di diffusori. Alcuni coprono le frequenze basse (i subwoofer e i woofer), altri la gamma media, mentre i piccoli tweeter si occupano di tutte le alte frequenze.

Questi diffusori sono tutti costruiti in modo diverso, per gestire le diverse frequenze di cui si occupano.

Ma non tutti vogliono una pila gigante di diffusori nel proprio studio (o salotto), per non parlare dell'ingombro di amplificatori di potenza e crossover.

Ecco il diffusore multi-driver.

Altoparlanti multi-driver

I diffusori a più altoparlanti utilizzano 2, 3 o addirittura 4 altoparlanti di dimensioni variabili per gestire frequenze diverse. Il più comune di questi è il diffusore a doppio driver, talvolta indicato come diffusore a 2 vie.

All'interno di un cabinet per diffusori a 2 vie è presente un crossover che invia tutte le alte frequenze al tweeter e le medie e basse frequenze al woofer, tramite un filtro passa-alto e un filtro passa-basso.

Utilizzando un crossover in questo modo, il diffusore produce un'intera gamma di frequenze in uscita, mantenendo una qualità sonora che un singolo altoparlante da solo non potrebbe raggiungere.

Se fate musica nel vostro studio domestico, è probabile che utilizziate un diffusore a due vie per il monitoraggio, come il già citato Yamaha HS5 o il KRK Rokit 5 G4, illustrato qui sotto.

I diffusori a doppio driver vanno bene per la registrazione e il missaggio nel proprio studio. Ma quando si tratta di masterizzare (sia che si utilizzi un servizio online come eMastered, sia che lo si affidi a una persona in carne e ossa) si vorrà un po' più di dettaglio, quindi i diffusori a 3 o 4 vie saranno più adatti.

Lo stesso vale per gli studi di registrazione commerciali. Possono utilizzare una coppia di diffusori monitor amplificati per la registrazione e il monitoraggio, ma quando si tratta di mixdown accendono i cattivi ragazzi.

Che cos'è l'impedenza dei diffusori?

L'impedenza dei diffusori è essenzialmente un modo per misurare la resistenza totale del flusso di corrente elettrica nel diffusore.

Misurata in ohm, l'impedenza deriva sia dalla resistenza del filo della bobina mobile, sia dall'induttanza causata dall'avvolgimento del filo in una bobina. L'induttanza è diversa dalla resistenza perché cambia in base alla frequenza, chiamata reattanza induttiva.

A causa di questa variabile, l'impedenza è diversa dalla "normale" resistenza e viene calcolata con una formula complicata che i musicisti non dovrebbero mai capire.

È invece importante far corrispondere l'impedenza dei diffusori e dell'amplificatore. Una mancata corrispondenza dell'impedenza può causare una riduzione della qualità audio, il surriscaldamento e, in casi estremi, il danneggiamento dell'apparecchiatura.

Ricordate, ragazzi, di abbinare sempre i diffusori ad amplificatori compatibili.

Potenza dei diffusori rispetto alla loro sensibilità

Più grande è uguale a migliore, giusto?

Non sempre. La maggior parte della gente, quando confronta i diffusori, attribuisce a una potenza maggiore (in watt) un volume più elevato. Ma in pratica, sarete in grado di sfruttare appieno quel wattaggio?

Un modo migliore per confrontare i diffusori è quello di considerare la sensibilità dei diffusori. Questa si misura in decibel e quantifica l'efficacia con cui un diffusore converte l'energia elettrica in suono.

Una sensibilità più elevata significa che un diffusore è in grado di produrre una quantità maggiore di suono a parità di potenza. In altre parole, è più efficiente nel convertire l'elettricità in onde sonore.

La misurazione della sensibilità dei diffusori livella il campo di gioco quando si tratta di confrontare l'efficienza e la resa dei diffusori.

Tuttavia, è importante prendere in considerazione la capacità di un diffusore di gestire la potenza se si utilizza un amplificatore esterno. La misura rappresenta la potenza elettrica che il diffusore può sopportare senza subire danni, quindi è importante assicurarsi che l'amplificatore abbia una potenza di uscita pari a quella del diffusore.

La scelta di diffusori ad alta o bassa sensibilità dipende dai requisiti dell'impianto. Se l'efficienza energetica è importante (ad esempio nei diffusori portatili o negli impianti stereo per auto), è preferibile scegliere diffusori ad alta sensibilità, mentre in un impianto audio professionale è preferibile scegliere diffusori con una capacità di potenza superiore.

Risposta in frequenza

Quando parliamo di risposta in frequenza di un diffusore, ci riferiamo alla sua capacità di riprodurre il suono in una gamma di frequenze.

Nessun diffusore è perfetto, quindi un grafico della risposta in frequenza ci aiuta a capire dove possono esserci picchi o depressioni nelle frequenze in cui il diffusore accentua o sottoperforma.

Ci sono un paio di motivi per cui la risposta in frequenza di uno o più diffusori è importante.

In primo luogo è utile per la progettazione di un sistema a più diffusori e per la scelta dei crossover.

In secondo luogo, è utile per scegliere i diffusori migliori per il particolare lavoro audio che avete in mente.

Mentre molti diffusori di fascia consumer hanno un leggero "sorriso" nella loro risposta in frequenza per addolcire l'audio, come produttore musicale volete una coppia di diffusori con una risposta in frequenza piatta.

In questo modo, nessuno strumento o campione verrà mascherato da un calo delle frequenze prodotte o suonerà più forte di quanto sia in realtà a causa di un picco nel grafico.

In sostanza, una risposta in frequenza piatta nei diffusori garantisce che tutto ciò che si ascolta sia il più vicino possibile alla realtà.

E le cuffie?

Le cuffie utilizzano la stessa tecnologia dei driver degli altoparlanti. Si tratta infatti di piccoli altoparlanti che si posizionano sopra (o dentro) le orecchie.

Come funzionano gli altoparlanti stereo?

Un singolo diffusore (generalmente) trasmette il suono in mono. Per ottenere un campo sonoro stereo sono necessari due diffusori mono che alimentano rispettivamente il segnale audio sinistro e destro, posizionati in modo appropriato.

Ma avete mai guardato una soundbar e vi siete chiesti come viene creato il campo stereo?

I diffusori singoli progettati per produrre un'immagine stereo hanno più altoparlanti posizionati all'interno dell'unità.

Il segnale stereo viene suddiviso in canali destro e sinistro e inviato in quantità variabile a ciascun altoparlante per ottenere un'immagine stereo completa.

I diffusori di questo tipo tendono a essere dotati di un altoparlante aggiuntivo, un subwoofer, per gestire le basse frequenze e la voce di Batman.

Chi ha inventato l'altoparlante?

Come per molte invenzioni a cavallo del XX secolo, è difficile stabilire con esattezza chi abbia inventato l'altoparlante. È emerso nel corso del tempo, quando scienziati e inventori hanno iniziato a comprendere meglio le onde sonore e la corrente elettrica.

Alexander Graham Bell (famoso per l'invenzione del telefono) ha contribuito in modo significativo alle tecnologie legate al suono, sviluppando anche una prima versione dell'altoparlante alla fine del XIX secolo.

Proprio alla fine di quel secolo Oliver Lodge ideò il primo altoparlante a bobina mobile. Poi, nel 1915, l'ingegnere danese Peter L. Jensen e Edward Pridham ricevettero un brevetto per la loro invenzione di un diffusore elettrodinamico che utilizzava una bobina di filo collegata a un diaframma posto in un campo magnetico.

Dall'altra parte dell'oceano, nel 1925, Edward W. Kellogg e Chester W. Rice progettarono un altoparlante dinamico a cono che fu poi concesso in licenza alla RCA. Questo progetto comprendeva molti aspetti che sono considerati la base della moderna tecnologia degli altoparlanti.

Ci vuole un villaggio e tutto il resto. Basti dire che molte teste di cono hanno impiegato innumerevoli ore di lavoro per assicurarsi che oggi possiate godervi i concerti dei Nickelback alla massima fedeltà.

Il futuro degli altoparlanti

La tecnologia diventa sempre più piccola e più economica. Lo sappiamo tutti. Ma quando si tratta di diffusori, le basi della tecnologia non sono cambiate molto da quando sono stati inventati.

In effetti, i diffusori sono una delle tecnologie più inefficienti che utilizziamo oggi. Oltre il 99% dell'energia che entra nel diffusore genera qualcosa di diverso dal suono. La maggior parte viene trasformata in calore.

È sorprendente che l'EPA non abbia vietato l'uso dei diffusori a causa delle loro scarse prestazioni energetiche.

Ma grazie a un nuovo materiale scoperto nel 2004 gli altoparlanti del futuro potrebbero essere diversi.

Il grafene è un materiale estremamente leggero, il che significa che ha bisogno di molta meno energia per muoversi avanti e indietro e creare un'onda di pressione. Un'ottima notizia se siete un tweeter.

Se gli scienziati riusciranno a capire come implementare con successo la produzione su larga scala di grafene e a integrarlo nelle applicazioni commerciali, gli altoparlanti del futuro potrebbero essere più leggeri e molto più efficienti dal punto di vista energetico.

Fino a quel giorno saremo costretti a utilizzare dei mini-riscaldatori che creano variazioni di pressione dell'aria grazie a segnali elettrici, ovvero l'altoparlante.

Ora andate avanti e ascoltate la musica!