ACUSTICA, PSICOACUSTICA,
TECNOLOGIE AUDIO e DINTORNI

Articolo apparso sulla rivista Sound & Lite di Luglio 2001

di Guido Noselli (fax 030/3580431 - posta elettronica guidonoselli@outline.it)

"CORRETTO DIMENSIONAMENTO DELLA POTENZA DEGLI AMPLIFICATORI PER DIFFUSORI PROFESSIONALI"
I PARTE
di Guido Noselli

Dopo aver sparato a zero in tutti questi mesi su una prassi tanto scorretta quanto diffusa, l’uso “insensato” del watt come parametro di valutazione di un impianto professionale per il rinforzo del suono, parametro che mi auguro ormai vada rapidamente in disuso anche per i più riottosi, ora è necessario analizzare qual è invece l’uso “sensato” del watt, in quanto unità di misura d’importanza strategica in molti parametri fondamentali e in diversi aspetti dell’amplificazione professionale.

Ho già ricordato uno degli utilizzi corretti del watt nel calcolo, ad esempio, dell’assorbimento medio di un impianto di sonorizzazione completo e quindi della “potenza elettrica” necessaria agli amplificatori perché il sistema possa fare il lavoro desiderato o previsto: “sviluppare una determinata omogenea pressione sonora continua e di picco, per una data area, sino ad una data distanza, per una determinata banda di frequenze, con un determinato tasso di distorsione e per un determinato periodo di tempo”.

Vediamo invece di analizzare un altro degli argomenti tecnici, tra i più dibattuti dagli operatori del settore, in cui il watt è correttamente e necessariamente utilizzato.

"CORRETTO DIMENSIONAMENTO DELLA POTENZA DEGLI AMPLIFICATORI PER DIFFUSORI PROFESSIONALI.”

Parte 1°

Chiunque abbia a che fare con un sistema di sonorizzazione professionale, dal progettista di sistemi per installazione fissa, al sound engineer responsabile della gestione d’impianti audio mobili per concerto, inevitabilmente si è posto e si pone questa domanda:

"Di che potenza deve essere l’amplificatore (o gli amplificatori)?"

La risposta a tale domanda è spesso diversa a seconda che venga data da un venditore, un installatore, un service, un fonico, un artista o un fabbricante del settore.

Generalmente ognuno di questi personaggi dà una risposta strettamente connessa e riferibile all’altoparlante o al diffusore che l’amplificatore dovrà pilotare. Salvo casi particolari di profonda ignoranza tutti sanno e concordano che, in una qualche misura, la potenza di un amplificatore deve essere relazionata al diffusore cui viene connesso.

Ognuno dice la sua in fatto di quantità.

Infatti, sono almeno tre le risposte che si possono avere a tale domanda.

Tutte e tre hanno fondamento e benché in contrapposizione appaiono corrette.

Vediamo quali sono e perché.

Generalmente chi dà questa risposta suggerisce che l’amplificatore dovrà avere una potenza doppia di quella maneggiata dall’altoparlante o dal diffusore.

Anch’io quando si tratta di pilotare diffusori da concerto o comunque impiegati per musica “Live” suggerisco questa terza ipotesi, che, fatti salvi i ragionamenti a seguire, ritengo la più rispondente a tale impiego, e della cui validità dò ampie motivazioni in un mia nota pratica, dal titolo “Quegli sporchi maledetti watt”.

In realtà le tre risposte elencate, tanto diverse tra loro, presuppongono un errore di fondo che le rende deboli nella sostanza, nonostante esse appaiano corrette nella forma.

L’errore consiste nella genericità dell’approccio alla questione.

Infatti, la scelta di un amplificatore appropriato rispetto alla sua potenza deve tener conto sempre delle condizioni d’ascolto e di quale tipo d’impiego l’utilizzatore finale debba fare.

Ne consegue che si possono individuare almeno cinque parametri che possono influenzare anche negativamente la scelta dell’amplificatore.

Tali parametri sono:

1.       Il livello di pressione sonora desiderato alla postazione d’ascolto presa a riferimento.

2.       L’uniformità della copertura sonora del suono diretto per un dato angolo.

3.       La sensibilità stimata per l’altoparlante o il diffusore scelto.

4.    La perdita di livello che si verifica per la distanza ad una data postazione d’ascolto scelta come riferimento.

5.    La capacità del sistema di sonorizzazione di riprodurre segnali transitori d’ampio livello, “peak”, senza problemi di sovraccarico nella quantità desiderata, “headroom”.

A dire il vero dovrei aggiungere altri due fattori all’elenco dei parametri.

Il primo è “Il guadagno acustico dell’ambiente”, il cui effetto, essendo sempre ed in ogni caso vantaggioso, poiché in un qualsiasi sistema che fosse impiegato in un ambiente chiuso ne aumenterebbe “l’ headroom”, non prenderò in considerazione perché questo riserverà automaticamente un margine di sicurezza in più rispetto ad una possibile sottovalutazione. Il secondo è “Il rumore di fondo”, della cui influenza invece parlerò qui sotto in riferimento alla determinazione del massimo livello sonoro.

Ma andiamo per ordine.

Una volta individuate le necessità di sonorizzazione dettate dal tipo d’evento, attraverso il calcolo o la definizione numerica di alcuni di questi parametri si conoscerà effettivamente la reale potenza che un amplificatore dovrebbe possedere per quella precisa situazione acustica che l’evento stesso determina ed ottenere l’unica risposta compiutamente corretta e circostanziata alla domanda iniziale.

1) Il primo parametro riguarda la definizione del massimo livello di pressione sonora che si è deciso di ottenere alla postazione di riferimento.

Appare evidente che essendo una scelta dell’organizzatore, o comunque della persona che è delegata di questo a decidere, non serve alcun calcolo per determinare tale parametro.

In realtà un tecnico attento e preparato un “calcoletto piccolo piccolo” o, se preferite, un semplice ragionamento lo deve comunque fare, magari dopo aver discusso con la produzione e l’artista ed aver individuato le “esigenze acustiche” del tipo di pubblico che passivamente dovrà “subire” tale pressione sonora.

Mi sembra evidente che ascoltare Fiorella Mannoia in teatro non richieda la pressione sonora che è normale (forse) richiedere per ascoltare un concerto di Vasco Rossi all’aperto.

Una volta deciso quale sarà la massima pressione sonora voluta alla postazione di riferimento, per esempio al mixer FOH, e deciso anche le dimensioni e la forma dell’area che si desidera sonorizzare il più omogeneamente possibile ad un tale livello sonoro, si dovrà tener conto anche di un altro fattore (ecco perché ho parlato di “calcoletto” ): “il rumore di fondo”.  

Il rumore di fondo infatti può influenzare, anche pesantemente, specialmente in condizioni critiche d’ascolto, la scelta della potenza degli amplificatori ed ancora prima quella dei diffusori stessi o del loro stesso numero.

Premesso infatti che in una qualunque performance é necessario che il pubblico abbia una netta percezione del messaggio musicale insieme a quella del parlato, ed un eccessivo rumore di fondo impedisce questa percezione per un effetto di mascheramento, l’impianto di sonorizzazione dovrà erogare una pressione sonora ben superiore a quella del rumore di fondo misurato. La letteratura più autorevole indica in 25 dB il differenziale, ovvero:

25 dB, quando il rumore di fondo è 50/60 dB, rappresenta un valore che non pone problemi al fine della scelta del dimensionamento di un amplificatore o di un impianto di sonorizzazione; si pensi che un solo diffusore professionale può esprimere pressioni sonore dell’ordine anche di 110 dB ad un metro e quindi pilotato con la sua potenza massima, poniamo ad esempio 500 watt, ne erogherebbe ben 137 ad un metro e comunque anche ad una distanza molto grande, 100 metri, troveremmo ancora 97 dB SPL; un valore ancora di gran lunga superiore al rumore di fondo ipotizzato.

Quando però il rumore di fondo all’aperto o in uno stadio per via del pubblico che urla o in un palazzetto sportivo durante una partita e per la stessa ragione, spesso raggiunge e supera 100 dB, la questione si complica abbastanza.

Infatti se si deve avere un differenziale di 25 dB alla postazione dell’ascoltatore più lontano, diciamo ad esempio 50 metri (ma può essere anche di più), sarà 125 dB il valore necessario per mantenere il differenziale.

Il diffusore efficientissimo che nell’esempio precedente sembrava tanto ridondante, in questo caso sarebbe assolutamente insufficiente perché a mala pena potrebbe raggiungere solo 103 dB a tale distanza, con il rischio che qualche messaggio importante si perderebbe tra le urla della gente.

In casi estremi come questo il rimedio totale non esiste. Infatti poiché sono oltre 20 i dB SPL mancanti al valore di differenziale desiderato, occorrerebbero oltre cento sistemi analoghi tutti puntati nella stessa direzione ed esenti da interferenze per ottenere tale valore, ammettendo per assurdo che tali sistemi si potessero installare veramente. La sola cosa che si può fare in questi casi o consiste nell’accontentarsi di un differenziale molto inferiore, ad esempio 10 dB SPL, valore che è pur sempre non trascurabile perché corrispondente alla sensazione uditiva del doppio per l’orecchio e sufficiente a mantenere le condizioni d’intelligibilità, oppure si dovrà ripiegare sull’utilizzo di un sistema di sonorizzazione con molti diffusori distribuiti il più vicino possibile agli ascoltatori, in modo che ognuno, singolarmente, superi il livello del rumore di fondo con un differenziale elevato, ma ben più semplice da raggiungere perché la distanza è più breve.

2) Il secondo parametro attiene ancora una volta ad una scelta.

Quanta area si vuole sonorizzare?

Quale uniformità di pressione sonora su tale area si desidera ottenere?

La risposta a questa domanda implica la conoscenza della pressione sonora fuori asse del sistema di sonorizzazione e quindi dei suoi diagrammi polari per definire il cosiddetto:

“Off-Axis modifier”, fattore correttivo per il fuori asse (M_OffAxis)

valore SPL che consentirà di calcolare con la necessaria cautela, per il peggiore dei casi riferito al minimo livello sonoro necessario nel punto d’ascolto corrispondente all’ascoltatore più lontano fuori asse, l’entità del guadagno che l’amplificatore dovrà avere e la corrispondente potenza indistorta.

Per calcolare il valore del “fattore fuori asse” si devono analizzare i diagrammi polari orizzontali e verticali del sistema di sonorizzazione. La variazione in dB della risposta polare rispetto all’asse del sistema è il valore che cerchiamo. Ad esempio se il sistema avrà alle frequenze analizzate o nella banda che interessa variazioni di +/- 3dB rispetto all’asse (o meglio direi +/- 3dB rispetto al valore medio perché non sempre l’asse corrisponde al valore più alto), il “fattore fuori asse” avrà il valore di 6 dB.

3) Il terzo parametro credo ormai notorio, anche perché ne ho diffusamente parlato in articoli precedenti, si riferisce alla necessità di conoscere la sensibilità dell’altoparlante o del diffusore o del sistema di sonorizzazione da impiegarsi.

Senza conoscere questo valore non sarà possibile determinare il guadagno acustico necessario a raggiungere la pressione sonora desiderata alla distanza voluta e quindi non sarà possibile calcolare nemmeno la potenza elettrica che, per questo, sarà richiesta all’amplificatore.

Il valore di sensibilità viene fornito dal fabbricante, anche se bisognerà stare attenti a valutare in quali condizioni di misura esso è dichiarato. Spesso è dato il valore di sensibilità riferito al semispazio, 2 P, diffusore appoggiato a pavimento, come si conviene quando si tratta di basse frequenze. Ma poiché, per quel che è necessario rispetto al tipo di sonorizzazione di cui ho parlato, bisogna tener conto del valore in spazio libero, 4 P, ottenuto di solito con sistemi a tromba sospesi in aria in riferimento all’amplificazione della gamma medio alta comprendente la banda della voce, al valore fornito in 2P, sarà necessario levare 3dB.

4) Il quarto parametro riguarda l’applicazione della ben nota “legge del quadrato inverso” cui forse ho accennato altre volte e di cui credo la stragrande maggioranza dei lettori ne abbia sentito parlare o addirittura la conosca.

Generalmente la distanza d’ascolto per la quale effettuare i calcoli è riferita alla posizione dell’ascoltatore più lontano. Il presupposto è che anche l’ascoltatore più penalizzato abbia la possibilità di ascoltare adeguatamente o il più possibile in modo simile alla maggioranza degli astanti.

Questa condizione è però molto spesso impossibile ad ottenersi, specialmente in situazioni “Live” all’aperto, proprio, come si vedrà, per mancanza di potenza sufficiente dell’impianto d’amplificazione o in ogni modo per la necessità di dimensionamenti mostruosi dai costi proibitivi.

5) Il quinto ed ultimo parametro che è necessario definire per il nostro scopo,