Sistemi Audio

Istituto professionale statale per l’industria e l’artigianato “E. Manfredi”

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Tecnico delle industrie elettriche

Sistemi audio a

Alboni Alessandro Classe 5 A T.I.EL

Anno scolastico 2008-2009

Alboni Alessandro

Sistemi audio

Sommario

Premessa.................................................................................................................................1

Cap. 1 - Introduzione ..........................................................................................................2

Cap. 2 - Sorgenti audio .......................................................................................................3

2.1 - Analogica....................................................................................................................3

2.2 - Digitale.......................................................................................................................4

2.3 - Conversione analogica in digitale..............................................................................5

Cap. 3 - Amplificazione del segnale .................................................................................8

3.1 - Generalità degli amplificatori....................................................................................8

3.2 - A cosa serve l’amplificatore.......................................................................................9

3.3 - Ma come funziona un amplificatore..........................................................................11

3.4 - Possibili problemi di un amplificatore.....................................................................16

3.5 - Classi di funzionamento............................................................................................17

3.6 - Classe A....................................................................................................................19

3.7 - Classe B....................................................................................................................20

3.8 - Classe AB..................................................................................................................21

3.9 - Classe C....................................................................................................................22

3.10 - Classe D..................................................................................................................23

3.11 - Unità di misura di potenza audio............................................................................24

Cap. 4 - Trasduttore .........................................................................................................25

4.1 - Premessa...................................................................................................................25

4.2 - Gli organi di senso dell'apparato uditivo.................................................................25

4.3 - I rischi del sistema uditivo........................................................................................27

4.4 - Il livello di pressione sonora....................................................................................28

4.5 - Altoparlanti...............................................................................................................29

4.6 - Le tipologie di altoparlanti.......................................................................................30

4.7 - Analizziamo le varie tipologie di altoparlanti.........................................................31

4.7.1 – Tweeter....................................................................................................................31

4.7.2 – Super tweeter..........................................................................................................31

4.7.3 – Midrange.................................................................................................................32

4.7.4 – Midwoofer..............................................................................................................32

4.7.5 – Subwoofer...............................................................................................................33

4.8 - Le tipologie di altoparlanti: soluzioni uniche..........................................................34

4.9 - Coassiali....................................................................................................................34

Cap. 5 - Conclusioni ..........................................................................................................37

Alboni Alessandro anno scolastico 2008-2009

Premessa

Ho scelto questo argomento perché nutro un interesse particolare per tutto ciò che riguarda la riproduzione del suono in contesti musicali.

Già da diversi anni, nel mio tempo libero mi piace realizzare applicazioni audio di vario tipo, ad esempio impianti hi-fi su automobili e impianti per la visione di film in ambiente domestico.

Questo argomento inoltre si collega a varie discipline che ho studiato in questo istituto.

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Alboni Alessandro anno scolastico 2008-2009

Cap. 1 - Introduzione

I sistemi audio sono parte integrante della nostra vita. Li utilizziamo quotidianamente in svariate forme, come ad esempio il lettore MP3 tascabile o il sistema Home Theatre o più semplicemente l’audio della televisione di casa. Tutti questi hanno in comune lo schema di principio che sta alla base del loro funzionamento.

Infatti si possono ricondurre tutti allo schema sotto riportato:

Sorgente audio Amplificatore Trasduttore

I tre blocchi funzionali sono:

• Sorgente audio, che a sua volta può essere suddivisa in due macro famiglie quali le Sorgenti Analogiche e le più moderne Sorgenti Digitali.

Questa genera un segnale elettrico proporzionale al segnale audio che si vuole riprodurre.

• Amplificatore: è il componente fondamentale della catena. Consente di amplificare il segnale elettrico proveniente dalla sorgente, altrimenti incomprensibile, e portarlo così a livelli adeguati per il trasduttore.
• Trasduttore: è il componente finale del sistema e permette la conversione di un segnale elettrico in un’onda sonora udibile dall’uomo. È il punto di collegamento tra il mondo elettrico e l’orecchio umano.

Nel seguito saranno ampiamente descritti dal punto di vista funzionale, con alcuni esempi applicativi, tutti i blocchi appena proposti.

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Alboni Alessandro anno scolastico 2008-2009

Cap. 2 - Sorgenti audio

2.1 - Analogica

In generale, un segnale analogico è la rappresentazione o trasformazione di una grandezza fisica tramite una sua analoga, ad esempio la riproduzione del suono di un violino riprodotto da un giradischi. Come si può dedurre questo metodo di riproduzione è stato sostituito a quello digitale per molteplici motivi.

Una volta c’era il vinile, con le sue fruscianti sonorità che diventavano sempre più imprecise con il passare del tempo. Poi arrivarono i nastri, a rivoluzionare il modo di ascoltare la musica all’aperto e in auto. Senza il vincolo dei programmi radiofonici, si poteva finalmente riascoltare in qualsiasi momento e ovunque il proprio brano preferito, contando su apparecchiature sempre più piccole e sofisticate. Queste tecnologie però, per quanto affascinanti, erano pur sempre legate al trattamento del segnale in forma analogica. L’audio, catturato tramite microfoni che trasformavano le vibrazioni dell’aria in impulsi elettrici, veniva impresso su un nastro, o sul microsolco del vinile, in formato analogico. In fase di lettura la testina “rileggeva” le informazioni, che attraverso l’amplificatore giungevano ai diffusori in forma di segnale elettrico e venivano da questi trasformate nuovamente in vibrazioni in grado di giungere fino al nostro orecchio. Numerosi problemi incidevano negativamente sulla qualità finale, sia di tipo diretto (interferenze) sia di tipo indiretto (usura dei supporti). Per fare un paragone con il video, pensate ai problemi che si hanno con i Vhs.

Anche ammettendo che la masterizzazione sia avvenuta in maniera ottimale, dopo alcune riproduzioni la qualità del video inizia a diminuire perché il nastro si deteriora molto rapidamente.

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Alboni Alessandro anno scolastico 2008-2009

2.2 - Digitale

Sono denominate Sorgenti Digitali tutte quelle apparecchiature deputate ad estrarre il segnale audio digitale da un supporto registrato per poi convertirlo in analogico.

In questo caso, il supporto registrato adatto per essere considerato una Sorgente Audio e non un accessorio, come lo sono ad esempio i registratori digitali, è il CD, il SACD (Super Audio CD) ed il DVD-A (Digital Versatle Disc Audio).

Solitamente, alcuni circoli audiofili e diverse testate audio danno primaria importanza alla Sorgente Audio, attribuendo ad essa anche il 90% del budget di spesa per la costituzione di un impianto hi-fi.

Pur non sottovalutando il ruolo che riveste la Sorgente Audio, è di diverso avviso, attribuendo importanza fondamentale nelle prestazioni sonore di un impianto audio di elevato livello al Sistema di Diffusione del Suono.

Il ragionamento è questo: se si possiede un'ottima e costosa sorgente audio ed un piccolo pur costoso diffusore, il suono subirà gravi perdite, a causa della limitata larghezza di banda o a causa della scarsa qualità del diffusore; viceversa con una sorgente di sufficiente qualità ed un diffusore di adeguate qualità e dimensioni, il suono sarà decisamente migliore della precedente accoppiata, poiché il limite di un impianto audio è posto dai diffusori e non dalla sorgente.

Da qualche anno sono comparse sul mercato le sorgenti digitali ad alta definizione. Ciò ha determinato un cambiamento radicale dell'audio. Per cui ormai si può tracciare un ruolo qualitativo delle sorgenti audio.

Queste possono essere suddivise in tre grandi classi:

• Sorgenti audio di alta qualità: SACD e DVD-A.
• Sorgenti audio di media qualità: CD, LP, DAT e registratori a bobine.
• Sorgenti audio di bassa qualità: MP3, Minidisc, DCC, audio cassetta, audio del PC, audio del video.

L'introduzione della tecnologia digitale ha rivoluzionato in modo radicale il settore dell'audio. Laboriose tecniche inventate dalla fantasia dei pionieri della fonica sono state sovrastate dalla disarmante praticità consentita dalla manipolazione dei bit.

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Alboni Alessandro anno scolastico 2008-2009

All'inizio la tecnologia digitale, viste le modeste risorse di calcolo a disposizione, permetteva poche operazioni anche se fondamentali per l'evoluzione della musica stessa. Si guardi per esempio alla rivoluzione che hanno portato i primi campionatori.

Il Rap, il Funky, l' Hip Hop e in genere la musica black e parallelamente la Techno, la House, la Trance sono nate grazie ai campionatori, si sono evolute con essi e ne hanno contemporaneamente guidato l'innovazione tecnologica. Una volta iniziata, la rivoluzione digitale non si è più fermata. All'aumentare della velocità di calcolo grazie alla messa a punto di microprocessori ad elevate prestazioni si è resa possibile la manipolazione del segnale audio digitale in tempo reale. Ecco allora i primi effetti digitali: riverberi, echi e anche distorsori. L'ultima tappa di questa evoluzione, ben lontana dal concludersi, si è avuta grazie alla crescita esponenziale della potenza di calcolo, della velocità e della quantità di memoria di massa.

Tutto ciò ha portato all'introduzione dell'hard disc recording ovvero la simulazione dell'intero processo di produzione musicale in digitale. I sistemi di oggi consentono ad un prezzo relativamente ridotto di eseguire le operazioni di registrazione, missaggio e masterizzazione interamente nel dominio digitale.

2.3 - Conversione analogica in digitale

La conversione avviene prendendo dei campioni del segnale analogico a intervalli di tempo predefiniti e rappresentando ogni singolo campione con un numero composto da un insieme di cifre binarie. La qualità della conversione dipende sia dalla frequenza di campionamento, cioè il numero di campioni presi ogni secondo dal segnale sorgente, sia dalla quantità di bit utilizzati per rappresentare ogni singolo campione. Oggi i nostalgici rimpiangono le sonorità calde dei vecchi dischi a 33 giri.