La Filosofia di progetto Delta 4

L’ipotesi posta inizialmente alla base del progetto di tutti i sistemi GR Delta 4 consiste nella volontà di offrire un risultato certo ed univoco in qualsiasi situazione ambientale.
È quindi molto importante che nessuna sensazione d’ascolto possa nascere da elementi il cui effetto non sia stato opportunamente previsto, dimensionato e verificato sia durante la fase dello studio teorico che in quella della realizzazione dei prototipi.
Per Giussani Research il target primario dei progetti è sempre quello di garantire una riproduzione più rispettosa possibile delle caratteristiche del segnale acustico originale, registrato dai microfoni impiegati dai tecnici del suono che hanno di volta in volta reso disponibili in varia forma le loro registrazioni.

Non per nulla uno di questi tecnici, famoso in tutto il mondo per la grande qualità delle sue registrazioni (il fondatore degli Sheffield Lab, Doug Sax), quando ascoltò un suo disco attraverso due diffusori progettati da Renato Giussani decise di inviare alla rivista americana The Abso!ute Sound una lettera nella quale dichiarava che quelli erano i migliori diffusori alta fedeltà che avesse mai ascoltato e di avere potuto sentire quelle casse (ESB 7/06) proporre lo stesso suono sia del suo pianoforte suonato da Lincoln Mayorga sia della voce della cantante Amanda Mc Broom, che aveva ascoltato dal vivo mentre effettuava personalmente la registrazione. Il disco in questione appartiene alla famosa serie dei vinili Direct to Disc della Sheffield ed il suo titolo è “Growing up in Hollywood Town”.

Dunque non stiamo parlando né di andamento generale della risposta in frequenza né di effetti speciali, bensì di quello che da un punto di vista squisitamente tecnico sarebbe bene prevedere in ogni progetto di diffusori acustici hi-end per consentire la fruizione di una riproduzione più fedele e naturale possibile.

 

La sensibilità
Vuoi che si tratti di un concerto Rock, piuttosto che di un complesso da camera, una orchestra sinfonica, un gruppo jazz o anche solo un pianoforte e un cantante, le caratteristiche acustiche del locale dove li ascolteremmo dal vivo saranno verosimilmente molto differenti da quelle dell’ambiente d’ascolto di casa nostra.
Per ascoltare musica traendone la piacevole e gratificante sensazione di trovarsi in condizioni molto simili a quelle “live”, è bene che il massimo livello di picco che dovremo essere in grado di ottenere nella nostra postazione d’ascolto (ma possibilmente non superare mai) possa raggiungere 113 dB SPL.
Livello al quale, con musica ad alta dinamica, corrisponderà una pressione acustica che mediamente raggiungerà i 93 dB spl.
Naturalmente, a parità di livello di picco, il livello acustico medio potrà anche essere più alto di 93 dB, ove il segnale che stiamo riproducendo sia caratterizzato da un fattore di cresta inferiore ai 20 dB (113-93).

Per poter raggiungere i 113 dB di picco a 2,5 m in un normale ambiente domestico avente una superficie di 20 mq ed una altezza di 2,8 metri, caratterizzato da un tempo di riverbero medio di 0,7 s e con diffusori aventi una sensibilità di 87 dB/W/m si dovrà impiegare un amplificatore capace di circa 94 watt RMS su 8 ohm per canale.
Naturalmente se il segnale che si sta riproducendo non avesse un fattore di cresta elevatissimo ma si situasse attorno al valore più frequente di circa 17 dB o meno, la potenza massima necessaria per poter ascoltare senza problemi “allo stesso volume” scenderebbe in conseguenza alla metà o meno, ovvero circa 45 watt. Ove poi l’ascolto avvenisse ad una distanza inferiore, come ad esempio 2 metri, la potenza necessaria scenderebbe ulteriormente, fino a circa 35 watt.
Ove invece si fosse particolarmente dotati in fatto di ambiente d’ascolto e si disponesse di una sala da ben 70 mq alta 3 m (ovvero di un volume di 210 metri cubi), magari anche abbastanza assorbente, decidendo di porsi a 4 metri di distanza dai diffusori, per ascoltare ad un livello adeguato con le stesse casse da 87 dB/W/m si avrebbe bisogno di un amplificatore da almeno 450 watt RMS su 8 ohm per canale.
Potenza che naturalmente le casse dovranno essere in grado di sopportare.

Archiviato quindi il primo dato tecnico di base, ovvero una sensibilità di circa 87 dB/W/m, vediamo ora le motivazioni tecniche che sono alla base del particolare posizionamento dei diversi altoparlanti sul mobile dei diffusori Delta 4.

 

La posizione del woofer

Una delle scelte primarie nel progetto dei diffusori Delta 4 è quello di porre i loro woofer ad una distanza dal pavimento molto ridotta e tale che la riflessione sul pavimento non possa causare danni con la sua interferenza.
Prendiamo ora ad esempio uno dei modelli della Serie Delta per fare qualche calcolo ed altre due considerazioni relative alla posizione del woofer che potranno chiarire abbastanza facilmente quanto appena asserito.
Con riferimento alla figura a lato possiamo calcolare per quale frequenza il suono diretto emesso dal woofer e quello riflesso dal pavimento arriverebbero alle orecchie dell’ipotetico ascoltatore in controfase, causando una forte attenuazione nella risposta in frequenza del diffusore.

La riflessione della emissione di un altoparlante da parte del pavimento può essere considerata emessa dalla sua sorgente immagine posta sotto al pavimento stesso.

Per una distanza D= 2,5m una quota del woofer H_S=50cm ed una quota delle orecchie H_P=110cm, utilizzando il teorema di Pitagora si può calcolare che il cammino diretto vale

S_RP=SQR[D^2+(H_P-H_S)^2] = SQR[2,5^2+(1,1-0,5)^2] = 2,571 m
Tenendo presente che il suono riflesso dal pavimento può essere considerato emesso dalla sorgente immagine dell’altoparlante che si trova sotto al pavimento, e che
H_SV = H_S

il tragitto riflesso sarà invece

S_VP = SQR[D^2+(H_P+H_SV)^2] = SQR[2,5^2+(1,1+0,5)^2] = 2,968 m

e la differenza fra i due cammini sarà dunque

∆ = 2,968-2,571= 0,397 m

corrispondente alla mezza lunghezza d’onda di un suono a 433 Hz, frequenza alla quale un ascoltatore le cui orecchie siano poste in P, se la risposta del woofer fosse estesa oltre questa frequenza percepirebbe una attenuazione nella risposta in frequenza .
Venendo alle nostre Delta 4 R9, dato che in questo modello la frequenza passa-basso del woofer è posta a circa 320 Hz, volendo evitare qualsiasi problema è bene che eventuali interferenze con la riflessione dal pavimento avvengano a frequenze superiori.
E infatti il woofer di questa cassa è posto molto più vicino al pavimento: esattamente ad una quota di 26 cm che, per le stesse condizioni di ascolto già viste, comporterebbe una frequenza della attenuazione nella risposta ad 824 Hz. Ben superiore ai 320 Hz ai quali la emissione del woofersi incrocia con quella emessa dal midrange.
Nel caso del modello Delta 4 R10, che di woofer ne impiega due, anche la frequenza di fine banda della emissione del woofer più alto è ancora sufficientemente bassa da non comportare problemi.

 

Ma i vantaggi della vicinanza del woofer di un sistema multivia al pavimento non si esauriscono certo qui.
Un altro effetto positivo consiste nell’aumento del livello del woofer percepibile dalla posizione d’ascolto.
Tale incremento, che va ad accrescere sia il campo diretto che quello riverberato, nella configurazione Delta 4 avviene su tutta la banda riprodotta dal woofer e in ambiente chiuso vale circa 2 dB.
Dato che il woofer, in qualsiasi sistema multivia ben progettato, è il trasduttore meno sensibile fra tutti quelli impiegati, ecco che un aumento del livello globale nella posizione d’ascolto relativo alla emissione di questo altoparlante si traduce automaticamente nella possibilità di realizzare un diffusore la cui sensibilità sia tutta più alta di 2 dB rispetto a quella di un identico sistema il cui woofer sia montato lontano dal pavimento.
Un altro vantaggio non trascurabile che discende dalla vicinanza del woofer al pavimento è la maggiore insensibilità del sistema che lo utilizza alle variazioni delle caratteristiche dell’ambiente nel quale venga installato.

In qualsiasi ambiente destinato a civile abitazione che venga scelto per la riproduzione di musica alta fedeltà è ben improbabile che una delle dimensioni orizzontali della stanza sia inferiore o uguale alla sua altezza.
Questo fatto comporta la immediata conseguenza che in tutti gli ambienti d’ascolto le due superfici di chiusura dell’ambiente aventi la maggior superficie sono proprio il soffitto e il pavimento.
Tali superfici, soprattutto nelle costruzioni moderne con struttura in cemento armato, sono anche le più rigide in assoluto e sia il loro peso per mq che la loro rigidità sono molto simili anche al variare dell’abitazione presa in considerazione.
In aggiunta, fra le due noi siamo abituati a vivere molto più vicini al pavimento. Ciò comporta che il pavimento diventi la superficie più importante per i nostri ascolti, acusticamente in grado di intercettare e riflettere di più il maggior numero delle onde acustiche emesse nell’ambiente, a maggior ragione se emesse in sua prossimità come abbiamo visto sia il caso dei diffusori Delta 4.
E il “funzionamento” del pavimento sarà estremamente simile anche in ambienti diversi, garantendo sempre la immissione in ambiente da parte del woofer della stessa potenza acustica.
Vedremo fra poco come unendo questa condizione ad una emissione delle frequenze medie e alte tale da essere poco influenzata dall’acustica dell’ambiente possa garantire una versatilità senza pari, consistente appunto in una timbrica che vari molto meno rispetto a quella offerta da sistemi diversi, anche in ambienti differenti.

 

La emissione della gamma media
Come nel caso del woofer, anche la emissione del midrange, quantomeno sulla parte bassa della gamma che questo componente è normalmente chiamato a riprodurre, è abbastanza ampia sia sul piano orizzontale che verticale.
Per quanto riguarda la dispersione orizzontale è bene però che questa non sia eccessiva, dato che altrimenti potrebbe comportare delle fastidiose riflessioni sulla pareti laterali che si trovassero troppo vicine al diffusore.

Nella configurazione Delta 4 la emissione laterale viene ridotta grazie ad un pannello di carico del midrange dalla dimensione orizzontale estremamente contenuta, che oltre a diminuire il livello dell’emissione verso le pareti laterali, ottiene anche una serie di altri vantaggi che andremo subito ad esplicitare.
Anzitutto, un diagramma polare che privilegi l’emissione frontale rispetto a quella laterale consente di orientare l’emissione come richiesto dalla tecnica dell’NPS orizzontale GR, che in questo modo potrà aiutare a ridurre sostanzialmente sia la distorsione prospettica che quella timbrica conseguenti ad un ascolto del sistema stereo da posizione non perfettamente centrata.
Inoltre, un pannello della sezione medio-alti la cui larghezza sia ben inferiore ai 20 cm ottiene anche di non far percepire la diffrazione ai bordi del mobile, rendendo acusticamente invisibile il diffusore e consentendo di percepire il meglio possibile tutte le informazioni contenute nel segnale audio impiegato riguardanti le dimensioni degli strumenti reali il cui suono sia stato correttamente registrato.
Ma, la dimensione orizzontale ridotta del gruppo medio-alti ottiene anche almeno altri due effetti particolarmente importanti.
Il primo consiste nel fatto che le onde acustiche che il diffusore emette verso la parete ad esso posteriore, quando riflesse verso l’ascoltatore potranno raggiungerlo senza incontrare sul loro cammino un ostacolo, consistente nel diffusore stesso, in grado di bloccarle. E questo, nel caso dei diffusori Delta 4, fino ai 1.000 Hz.
Questa condizione è estremamente simile a quella offerta dai diffusori elettrostatici, che grazie alla leggerezza della membrana emittente lasciano passare anch’essi quasi indisturbata la riflessione dalla parete posteriore, ottenendo di incrementare ulteriormente la sensazione di assenza fisica del diffusore e consentendo quindi di percepire molto meglio le informazioni originali relative alla fisicità degli strumenti registrati.

Il secondo effetto attribuibile alla dimensione ridotta consiste nel fatto che a partire dalla frequenza d’incrocio con la emissione del woofer ed a frequenze via via crescenti fino al limite di circa 1.000 Hz, ovvero tutta la gamma maggiormente coinvolta nella creazione di un importante campo riverberato, l’emissione del midrange avrà caratteristiche di dispersione estremamente simili a quelle del woofer stesso (quasi omnidirezionali) ottenendo di rendere l’ascolto di questi due componenti estremamente omogeneo e l’immagine acustica coerente nonostante la rilevante distanza che li separa.
Distanza che serve a determinare tre condizioni acustiche importanti.

La prima è dello stesso tipo di quella già vista a proposito della distanza dal pavimento del woofer, ma agendo in modo speculare.
Dato che il midrange in tutti i modelli GR Delta 4 è posto a 110 cm da terra, con riferimento alla fig.A per esso possiamo scrivere:

Percorso diretto S_RP=SQR[2,5^2+(1,1-1,1)^2] = 2,50 m
Percorso riflesso S_VP=SQR[2,5^2+(1,1+1,1)^2] = 3,33 m

e la differenza fra i due cammini sarà dunque

∆ = 3,33-2,50= 0,83 m

Corrispondente alla mezza lunghezza d’onda di un suono a 207 Hz, frequenza che nessun midrange di nessuna Delta 4 emette ed in corrispondenza della quale non potrà quindi mai verificarsi alcuna cancellazione causabile dalla riflessione sul pavimento.

Altri effetti attribuibili alla altezza da terra di 110 cm del midrange sono quelli relativi alla percezione dell’altezza media della scena acustica, che si situerà esattamente di fronte all’ascoltatore, ed alla dimensione verticale degli strumenti riprodotti, che sarà tanto più ampia quanto più il suono dello strumento stesso sia caratterizzato da uno spettro di frequenze che comprenda sia la gamma media emessa dal midrange che la medio-bassa e bassa emesse dal woofer.
L’effetto sarà quindi di percepire, ad esempio, un violoncello più grande di un violino, ricreando naturalmente la situazione reale nella quale per emettere in modo consistente frequenze via via sempre più basse gli strumenti acustici (e non elettronici) devono essere caratterizzati da dimensioni via via crescenti.

 

La struttura dei mobili

L’aspetto principale riguardo la funzione dei mobili che sostengono i trasduttori di un diffusore acustico, riguarda anzitutto le sue dimensioni, ma i materiali impiegati e la forma adottata non sono meno importanti.
Il volume del mobile di carico del woofer viene scelto in primis in base alla tipologia di funzionamento maggiormente rispondente alla filosofia di progetto considerata.
Ove uno degli aspetti principali di tale filosofia sia costituito dalla assenza di code sonore generate dal diffusore stesso, la tipologia di carico preferibile è da sempre la più semplice, ovvero la cassa chiusa.
Tale sistema consente infatti di evitare completamente la nascita di qualsiasi rumore spurio nonché l’uso di una buona quantità di assorbente acustico in grado di ottenere il massimo smorzamento della emissione posteriore dell’altoparlante che avviene entro il volume di carico, evitando a priori qualsiasi eventuale problema di rimbombo.
A questa condizione di per sé già molto positiva i diffusori Delta 4 aggiungono una forma non parallelepipeda del mobile e tale quindi da escludere la possibilità di nascita di risonanze e onde stazionarie interne.
Per concludere, la attenuazione della risposta in frequenza del woofer caricato in cassa chiusa all’estremo inferiore avviene al blando ritmo di 12 dB/ottava, comportando quindi sia rotazioni di fase contenute (che contribuiscono a rendere l’ascolto dei suoni riprodotti più simile a quello naturale dello strumento registrato) e l’assenza della sensazione di risonanza localizzata sempre associata ad una limitazione brusca della risposta al low-end.
Quanto al materiale impiegato, è noto a qualsiasi progettista che debba essere il più pesante possibile, compatibilmente con le sue caratteristiche di smorzamento.
Mobili di acciaio, di vetro o di marmo, ad esempio, non rappresenterebbero certamente la soluzione migliore, a meno che le risonanze proprie dei loro pannelli non venissero adeguatamente smorzate con l’applicazione di strati bituminosi o simili in grado di dissipare bene la notevole energia sempre associata alle vibrazioni di pannelli pesanti.
Nei mobili dei diffusori Delta Butterfly, ad esempio, lo strato smorzante impiegato è una spessa lastra di piombo. Caratterizzato sia da un elevato peso che da una elevata plasticità e tale quindi da isolare in modo ottimale il suono emesso all’interno del mobile (già ampiamente coibentato) dal mondo esterno.

 

I pannelli di tela

Visti gli aspetti più importanti riguardanti la filosofia di progetto dei sistemi Delta 4, vorremmo richiamare ora la vostra attenzione sull’importanza dei pannelli di copertura della struttura tecnica dei diffusori, la cui caratteristica acustica più importante è che influiscano il meno possibile sulle caratteristiche del suono che li attraversa.
Oltre ad avere un evidente compito protettivo dai raggi ultravioletti, dalla polvere (cosa che altri tipi di copertura, pur impiegati anche su diffusori molto impegnativi, non possono garantire) e dalle attenzioni di ascoltatori troppo curiosi, le tele delle Delta 4 svolgono anche la funzione di completamento estetico dei mobili.
Nelle prime Delta 4 progettate per l’Audiolab, tale funzione è stata inizialmente esaltata dalla evidente ispirazione al monolite del film 2001 Odissea nello Spazio, mentre più recentemente, con le nuovissime Delta 4 versione Giussani Research, dalla decisione di ispirarne la forma a quella del Grace Building (grattacielo di Manhattan – New York ) opera del 1974 del famoso architetto Gordon Bunshaft.
Ma oltre a quanto appena detto, la tela di copertura svolge anche un importantissimo ruolo psicoacustico: quello di occultare la vista dei trasduttori e consentire più facilmente la nascita di una percezione della scena acustica e delle sue sorgenti svincolata dalle sensazioni visive e viceversa maggiormente correlata alle informazioni acustiche originali presenti nel segnale che viene riprodotto. Informazioni che con diffusori GR Delta 4 assumono, come abbiamo visto, una importanza determinante per il raggiungimento di condizioni di ascolto massimamente realistiche, naturali e rispettose delle caratteristiche proprie del segnale registrato.