Sabato 16 Ottobre 2021
Tech

Pillole di tecnica: a che serve una risposta in frequenza superiore a 20Khz?

Vi siete mai chiesti perché ci sono dispositivi con una risposta in frequenza superiore a 20kHz, se tanto oltre quella soglia non possiamo ascoltare?

Qualche tempo fa un mio amico venne da me dicendo di essere molto soddisfatto delle sue nuove cuffie: “hanno una risposta in frequenza fino a 46kHz, pazzesco, non avevo mai ascoltato frequenze così alte”. Potrete benissimo immaginare la mia espressione un po’ spaesata dopo quelle parole.  Gli spiegai come non fosse possibile per gli esseri umani percepire un range così vasto e che invece questo fosse limitato a 20-20kHz. Allora mi chiese: “ma quindi a cosa serve la risposta in frequenza più alta di 20KHz?”. Domanda spettacolare.

Prima di rispondere, vorrei spiegare, per chi non lo sapesse, cos’è e cosa indica questo parametro. Ogni dispositivo audio elettronico che riproduce o acquisisce un certo segnale, come ad esempio una cuffia, un altoparlante o un microfono, “risponde”, cioè elabora in uscita o in entrata, ogni frequenza in modo diverso. Per capire bene cosa vuol dire “rispondere” ad una frequenza basta dare uno sguardo al grafico qua sotto, in cui nell’asse delle ordinate troviamo i valori in dB delle ampiezze e in quello delle ascisse, invece, i valori delle frequenze. Questo grafico, dunque, non fa altro che associare ad ogni frequenza un guadagno, ovvero ci dice quanto una certa frequenza verrà penalizzata oppure enfatizzata dal nostro dispositivo. Questo ad esempio è il grafico della risposta in frequenza delle cuffie Sennheiser HD650.

L’obiettivo è  raggiungere una “curva ottimale”, che è specifica per ogni dispositivo, ma che, in linea generale e approssimativa, possiamo identificare con una linea piatta, ovvero una linea che indica che tutte le frequenze dello spettro hanno lo stesso guadagno, che tutte vengono amplificate correttamente allo stesso modo e che dunque la riproduzione del segnale sarà il più fedele possibile: nel gergo tecnico questa si chiama “linearità in frequenza”.

Nella realtà è impossibile creare un apparecchio la cui risposta sia perfettamente piatta e perciò questa rimane semplicemente una curva ideale, ma tanto migliore è la qualità del dispositivo considerato, tanto migliore sarà anche l’approssimazione a questa “flat line”. Il motivo di tutto questo va ricercato nei meccanismi e nelle proprietà dei circuiti elettronici ed ha a che fare principalmente con un valore chiamato “impedenza”, che potete immaginare come una sorta di attrito che si oppone alla corrente e che quindi in qualche modo attenua il segnale audio. Questa non può essere eliminata, esiste e ha un suo preciso scopo, ma sfortunatamente nella realtà non è un qualcosa di “lineare”, perché varia il suo valore a seconda della frequenza, motivo per cui, come dicevo prima, la curva flat è solo ideale.

Se guardate il grafico di questa cuffia, vediamo come il Low-Bass range sia abbastanza penalizzato e specialmente in una cuffia, proprio questo range dovrebbe essere un pò enfatizzato per percepire quei bassi che il driver di una cuffia non è sicuramente in grado di riprodurre, mentre dal Mid-Bass al Mid-Mid range si ha una risposta quasi perfettamente piatta, quindi ottimale per una riproduzione fedele; invece il Low-Treble range viene eccessivamente enfatizzato, dando un colore particolare al suono (che non è sempre qualcosa di voluto)  e dal Mid-Treble in su la curva perde nuovamente guadagno e quindi brillantezza del suono. Ora abbiamo capito indicativamente come leggere e quali informazioni dedurre da un grafico di risposta in frequenza, ma sorge spontanea ancora una domanda, ovvero per quale motivo la risposta in frequenza può essere più vasta del range di frequenze che siamo in grado di percepire. Andiamo con ordine, perché l’argomento è abbastanza complesso.

Per quanto riguarda il caso delle cuffie in particolare, avere una risposta in un range più vasto di 20-20kHz, è più che altro una trovata commerciale, ma in termini di resa, non ci sono vantaggi scientificamente provati, almeno fino ad oggi. Ma andando per intuito, le ragioni sono evidenti: le frequenze sotto i 100Hz, sono difficilmente riproducibili da una cuffia per motivi prettamente fisici, ma soprattutto l’orecchio umano fatica comunque a percepirle, esattamente come accade per le frequenze prossime ai 20kHz e per di più con l’avanzare dell’età il nostro range di ascolto si riduce sempre di più. Perciò se vi dovesse capitare di meravigliarvi della vostra nuova cuffia, dovreste sapere che la sua resa complessiva sarà data più che altro dalla qualità dei materiali utilizzati e dai driver impiegati. Per questo motivo, l’unica cosa che può interessarvi dalla risposta in frequenza di una cuffia è che questa si estenda in un range normale tra 20 e 20kHz e che la sua curva del grafico sia il più possibile lineare in frequenza.

Tuttavia questo discorso vale nel momento in cui si considera un sistema chiuso, come quello della cuffia, perché al contrario in uno aperto, ad esempio in una stanza, un teatro o una discoteca, il discorso è abbastanza diverso. Le basse frequenze, anche se non risultano completamente udibili al nostro orecchio, vengono percepite a livello fisico: chi è stato a un rave questo lo sa molto bene. Per le alte frequenze vale in qualche modo lo stesso discorso: ci sono studi che dimostrano come ad esempio un’orchestra sia capace di riprodurre frequenze al di sopra dei 20kHz, creando livelli di energia grandissimi, che chissà perché, vengono percepiti perfettamente dal nostro cervello: guardando le immagini prodotte da un particolare esame, chiamato encefalogramma, che mostra l’attività dei neuroni come risposta agli stimoli proposti, si nota come l’area di corteccia celebrale interessata e coinvolta nel processo di ascolto è molto più vasta quando lo spettro ascoltato è superiore ai 20kHz. Stiamo attenti, tuttavia, perché il discorso è molto diverso nel caso in cui stia prendendo in considerazione la risposta in frequenza di un amplificatore (che sia un preamplificatore o un amplificatore finale di potenza), come ad esempio può succedere in un mixer o in una console.

Innanzitutto, prima di svelarvi questo mistero, inizio col dire che i valori riportati nel datasheet di un certo dispositivo sono alle volte poco informativi e fuorvianti: se compare un solo valore di frequency response, allora si sta riportando il valore del guadagno al classico valore di riferimento di 1Khz, che è inteso come un valore medio, ma nella realtà non dice su cosa succede nelle restanti 19999  frequenze; quindi date sempre uno sguardo al grafico e se non c’è, richiedetelo.

Se invece vi viene dato un intervallo di frequency response, ad esempio tra 20 e 20Khz, l’informazione che vi viene data è un pò diversa: qui vi stanno dicendo che 20Hz e 20kHz sono le vostre “cut-frequency”, ovvero gli estremi dello spettro in cui l’amplificatore ha già perso il 50% della sua potenza: vuol dire che da tali frequenze in poi (in questo caso da sotto i 20Hz e da sopra i 20kHz) questo comincerà a “perdere sempre più colpi”, cioè ad amplificare sempre meno. Ma fermiamoci un secondo a riflettere: se a 20 e 20kHz si è già perso il 50% della potenza, vuol dire che già da ben prima si è perso guadagno e che quindi 20Hz- 20Khz NON è il reale intervallo in ci l’amplificatore lavora al massimo delle sue prestazioni. Date uno sguardo a questo grafico per capire meglio. Nel caso degli amplificatori si vuole sempre avere una risposta che sia molto più vasta delle frequenze che si vogliono riprodurre, per avere un guadagno massimo e spostare lo slope fuori dall’ intervallo di interesse per avere invece una perfetta linearità in frequenza.

 

 

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Nicoletta Brundo
Mi faccio chiamare Nickey e ho 25 anni. Ho conseguito una laurea breve nella scuola di ingegneria industriale e dell’informazione nel corso di ingegneria informatica presso il Politecnico di Milano e sono attualmente laureanda nel corso di laurea magistrale “Music and Acoustic engineering”, presso il medesimo istituto. La musica è la luce più forte che vedo nel mio cammino.

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