Benvenuti nella mia pagina  dedicata all' Audio e all' Hi-Fi

Cercherò in questa pagina di definire con argomenti adatti a tutti (come nello stile di questo sito) l' immenso mondo che stà dietro alla semplice frase "Elettronica e audio Hi-Fi" non è come potrete capire un compito semplice ma ci proverò. Naturalmente, come già detto sulle altre pagine, è impossibile condensare una materia vastissima in questo piccolo testo, ma se avete intenzione di approfondire (vista la mia esperienza sull' argomento che inizia nel 1984)  o avete bisogno di una consulenza professionale potete mettervi in contatto con me tramite la pagina Contatti.

                     L' elettronica e l' audio, cenni storici

Come abbiamo avuto modo di vedere nella pagina componenti elettronici attivi ed in quella Radiotecnica uno degli impieghi più massicci dell' elettronica è quello nel campo AUDIO.    L' audio è quella branca dell' elettronica che utilizza le apparecchiature elettroniche per registrare su appositi supporti e successivamente riprodurre musica e canto. L' elettronica viene utilizzata nelle esecuzioni musicali dal vivo ed in quelle in studio per captare-condizionare-amplificare-registrare-riprodurre i suoni e le voci prodotti dagli artisti e dai musicisti durante le loro esibizioni .

Fino agli anni 20 del 900 le esecuzioni musicali non dilettantistiche avvenivano principalmente dal vivo in strada o nelle sale da concerto e teatri da parte delle orchestre, bande musicali o singoli musicisti, ricavandole dalle note presenti sui pentagrammi, l' alternativa era la registrazione-riproduzione meccanica con il grammofono (ma solo dall' anno 1887), sistema veramente arcaico e con una qualità molto discutibile. Questo perchè non era disponibile una tecnologia che permettesse di registrare-riprodurre le esecuzioni con una buona qualità e che fosse alla portata di tutte le classi sociali, l' avvento della corrente elettrica e quindi delle prime apparecchiature elettroniche e l' invenzione del diodo e del triodo termoionico permise di inventare i primi giradischi,  i girafili (arcaici registratori) e i microfoni a carbone come trasduttore per captare l' audio, l' arrivo poi delle radiotrasmissioni diede un forte impulso alla ricerca e sviluppo di nuove soluzioni per captare-registrare e riprodurre la musica e le voci, ma si trattava comunque sempre di soluzioni costose e non per tutti e con fedeltà non elevata.

Un nuovo forte impulso alla ricerca audio a scopo di intrattenimento arrivò quando i regimi totalitari  degli anni 30 del 900 cercarono di utilizzare la radio a scopo di propaganda politica e quindi si cercò di fare entrare la radio in tutte le case producendo apparecchiature a basso costo e vendute a prezzo calmierato (con alterni successi).

Ma la vera svolta arrivò alla fine degli anni 50 con il boom economico in Europa e la comparsa del fenomeno degli "urlatori" ( musica non impegnata-commerciale e cantanti non lirici), il quale permise lo sviluppo dell'industria discografica e il consumo della musica a tutte le categorie sociali e alle persone non esperte, il contemporaneo avvento della modulazione di frequenza  introdusse trasmissioni radiofoniche con qualità hi-fi e stereofoniche, questo innescò la richiesta da parte del pubblico di apparecchiature audio-elettroniche con fedeltà più curata e quindi l' arrivo dell' Hi-Fi (alta fedeltà) così come la conosciamo oggi, l' arrivo contemporaneo del transistor coi suoi nuovi parametri di affidabilità e piccole dimensioni aprì un mondo nuovo anche nel campo audio.

Vennero quindi inventati i dischi microsolco stereofonici ottenuti incidendo su un supporto in vinile (prima erano in alluminio con verniciatura superficiale in ceralacca), i giradischi stereo per leggere i suddetti dischi e i registratori a nastro stereo ( bobine e compact cassette), successivamente all' inizio degli anni 80 del 900 dopo l' invenzione del compact disc (CD) da parte di PHILIPS e Matsuschita-Panasonic l'audio  ha vissuto una nuova rivoluzione cominciando  a diventare digitale e sono comparsi  i lettori CD con qualità audio ineccepibile, negli ultimi tempi le codifiche di compressione ATRAC-MPEG-MPASC-AAC-AMR ed altre hanno permesso di portare l' audio Hi-Fi ( con minore qualità) su internet e quindi di far diventare la musica un patrimonio globale.

Di seguito alcune immagini ingrandibili:

             Grammofono                             Radio degli anni 40 del 900

Disco microsolco letto da testina  Compact cassette da 90 minuti

      
                                                                                                                                           
Orson Welles nel 1938                Tubi termoionici utilizzati nell' audio

                                                          Componenti dei sistemi audio 

                  Sistemi di ripresa e registrazione audio Hi-FI

La ripresa e la registrazione audio ad alta fedeltà viene effettuata con apparecchiature professionali di una certa classe (e costo), il primo  anello della catena che è anche il più importante è il microfono.

Il microfono è un trasduttore incaricato di convertire le onde sonore in variazioni di tensione elettrica, esistono microfoni piezo-elettrici, a condensatore, a nastro e a carbone, vengono chiamati così in base al tipo di materiale utilizzato per la trasduzione. Il microfono è il componente più importante di un sistema di ripresa audio, perchè deve convertire i suoni in segnali elettronici senza creare distorsioni e nel modo più fedele possibile. I microfoni convertono (trasducono) le onde sonore degli strumenti musicali e della voce in un segnale elettrico molto debole che verrà preamplificato da un amplificatore interno a basso rumore e poi convogliato tramite cavi schermati intestati con connettori XLR  (connettori bilanciati) all' ingresso del Mixer (o miscelatore).

Il mixer è un' apparecchiatura elettronica che si occupa di ricevere ai sui ingressi tutti i segnali audio provenienti dai vari microfoni e dai captatori degli strumenti a corda (cordofoni), esso serve a  regolarne il volume, i toni, l' equalizzazione e l' amplificazione, e infine di miscelarli tra loro simultaneamente tramite potenziometri, all' uscita del mixer troviamo i segnali dei vari strumenti musicali miscelati tra di loro e pronti per essere registrati in modalità analogica o digitale. Il mixer deve avere un numero di ingressi sufficiente per permettere di collegarvi le sorgenti audio che vogliamo siano parte dell' esecuzione musicale da registrare e deve avere un basso rumore, bassa distorsione e un' alta affidabilità, gli ingressi sono numerati e il numero dell' ingresso corrisponde con quello del corrispondente potenziometro di regolazione del volume, in modo che sia facile l' individuazione della sorgente da regolare. Il mixer può essere di tipo analogico oppure digitale, in questo caso gli ingressi possono essere direttamente digitali e se bisogna elaborare segnali analogici si provvede prima a convertirli in digitale tramite i convertitori A/D oppure può provvedere il mixer stesso a convertirli tramite ingressi analogici e convertitori interni.

L' A.S.P.  ( analog signal processor) oppure il D.S.P. (digital signal processor) sono delle apparecchiature che elaborano il segnale audio in modo da espanderne-comprimerne la dinamica, aggiungere-rimuovere spazialità e variare il volume e i toni a seconda della timbrica che vogliamo associare all' esecuzione musicale da registrare.

Il registratore è l' apparecchiatura che provvede a fissare su un supporto riproducibile i segnali provenienti dal mixer e dall' ASP-DSP e quindi a rendere permanente l' esecuzione musicale o il parlato. Un tempo le registrazioni venivano effettuate in analogico su nastro magnetico con registratore a bobina a basso rumore e velocità di  scorrimento minimo di 19,2 cm/S,  in modo da avere un' ottima qualità audio , con l' avvento del digitale le registrazioni vengono effettuate direttamente in digitale tramite una workstation in formato Wav (senza compressione) con frequenza di campionamento da 192 KHz a 256 KHz, questo garantisce una risposta in frequenza molto elevata e un rumore quasi assente. I file audio digitali possono essere acquisiti anche tramite un registratore D.A.T. (digital audio tape).

Con il registratore alla fine della catena di ripresa si ottiene la copia MASTER o copia madre, cioè la prima copia originale dell' esecuzione, da cui si otterranno poi previa equalizzazione l' incisione madre dei dischi in vinile  e il compact disc master.

Nelle esecuzioni da registrare dal vivo e non in studio di registrazione, tutte le apparecchiature prima descritte sono di solito ospitate in un container o in un furgone diposto nei pressi del palco dove avviene l' esibizione, la registrazione viene poi portata in studio per le successive lavorazioni.

Di seguito alcune figure ingrandibili che vi aiuteranno a capire meglio quanto esposto.

          Schema di un sistema di registrazione di qualità discografica

                      Microfono professionale con dispositivo anti-pop

                    Cavo schermato con connettori XLR

             Registratore professionale a bobina         D.S.P. digitale   

  Studio di produzione e mixaggio audio  Mixer audio  professionale

 Registrazione master su nastro analogico (1980) , dal   nastro master si incideranno previa equalizzazione i dischi in vinile e i compact disc

                      Sistemi di riproduzione audio Hi-FI

La riproduzione dell' audio può avvenire sia con apparecchiature di alto pregio (ed alto costo) che con sistemi meno costosi (ma meno performanti), in ogni caso la catena di riproduzione rimane uguale, la differenza si apprezzerà all' ascolto che in caso di apparecchiature a basso costo sarà meno appagante e meno definita. Bisogna tener presente che per ottenere audio ad alta fedeltà tutta la catena deve essere formata da apparecchiature Hi-Fi, anche il supporto audio da riprodurre deve esserlo, altrimenti la qualità audio scade in modo decisivo.

Di seguito lo schema a blocchi di una catena di riproduzione audio Hi-Fi.

Iniziamo ad analizzare le apparecchiature della catena:

Il giradischi è un' apparecchiatura che serve a riprodurre l' audio registrato sui dischi in vinile (o ceralacca in passato) sulle due facciate. Esso è formato da un motore elettrico a controllo elettronico che fà girare a velocità costante un piatto in alluminio, sul piatto è appoggiato il disco da riprodurre, una testina equipaggiata con puntina in diamante scorre tra i solchi del disco e trasduce la forma degli stessi solchi in suoni, il segnale ottenuto dalla testina viene amplificato ed inviato all' ingresso del preamplificatore equalizzato secondo la normativa R.I.A.A., alla fine di una facciata bisogna girare il disco e ridisporre la puntina sul solco guida per ascoltare l' altra facciata. I dischi possono essere in vari formati e a velocità diversa i formati standard sono 16 giri ( passato remoto), 33 giri (long playing), 45 giri (conteneva solo due esecuzioni) e 78 giri (in passato). Chiaramente prima di  iniziare la riproduzione bisogna impostare la velocità di rotazione giusta sul giradischi. il disco in vinile era molto utilizzato in passato, poi con l' avvento del digitale è stato progressivamente abbandonato, nell' epoca attuale stà lentamente tornando di moda insieme agli amplificatori a tubi termoionici semplicemente perchè è in grado di restituire una timbrica del suono ineguagliabile dal digitale, molto calda e ricca di dettagli.

 Disco con in evidenza i solchi          Testina su un disco microsolco

Il registratore-riproduttore a nastro riproduce il suono precedentemente registrato su un supporto magnetico a nastro (bobina o compact cassette), il nastro movimentato a velocità costante da una meccanica dedicata mentre scorre da una bobina all' altra passa davanti a un traferro ottenuto su una testina in permalloy al cui interno è ospitata una bobina elettrica, la quale per il principio dell' autoinduzione trasduce in un debole segnale elettrico l' orientamento delle particelle magnetiche depositate sul nastro (preorientate dal registratore), a questo punto tramite il selettore il segnale audio viene inviato all' amplificatore di potenza audio per pilotare le casse acustiche.

Il procedimento di registrazione su nastro avviene nel modo completamente inverso da quanto detto poco fa, il segnale in ingresso viene amplificato-equalizzato  ed inviato alla testina di registrazione la quale trasduce il segnale elettrico in  orientamento delle particelle magnetiche sul nastro (magnetizzazione). Il nastro prima di essere registrato và preparato (premagnetizzazione), cioè vanno preorientate le particelle in modo caotico (corrente di BIAS), questo sia se si tratta di un nastro magnetico nuovo e sia che si utilizzi un nastro già registrato ( cancellazione), a questo ci pensa una testina dedicata che si trova prima della testina di registrazione-riproduzione, a questa viene applicata la corrente di BIAS. Cosa importante è che il traferro della testina di riproduzione-registrazione sia correttamente orientato rispetto al nastro in scorrimento (azimuth), altrimenti la riproduzione sarà scadente su altri riproduttori con testine ben allineate, l' allineamento viene effettuato tramite una molla e una vite sulla testina e riproducendo un nastro di test registrato secondo lo standard corretto.

  Nastro magnetico in bobina        Meccanica per compact-cassette

Il tuner multibanda è un ricevitore radio supereterodina costruito secondo i dettami che potete trovare nella pagina Radiotecnica di questo sito nella sezione Ricevitori, esso è capace di ricevere la banda delle onde medie in A.M. e soprattutto  la banda VHF II e III dove avvengono le trasmissioni in F.M. (analogico) e D.A.B. (digitale) le quali permettono una qualità di ricezione Hi-Fi. Con esso si possono ricevere le trasmissioni commerciali, le quali forniscono un repertorio di musica e notizie sterminato. Il tuner multibanda è molto curato circuitalmente, questo perchè deve avere una stabilità in frequenza ineccepibile, una sensibilità ai segnali deboli molto elevata e deve fornire una qualità audio Hi-Fi, può avere sintonia analogica a cordina e condensatore variabile con visualizzazione a scala parlante, oppure elettronica a diodi varicap con visualizzazione a display digitale a 7 segmenti.

                Tuner multibanda con sintonia digitale a diodi varicap

Il lettore Compact Disc (C.D.) è un' apparecchiatura elettronica digitale formata da una meccanica di precisione e da un circuito elettronico deputato alla conversione dell' audio da digitale ad analogico D/A , esso può comunque avere un' uscita digitale senza conversione se il sucessivo preamplificatore-selettore è in grado di elaborare tale tipo di segnali. Il CD è formato da due dischi in materiale plastico trasparente incollati uno sull' altro, tra i due dischi è intrappolato una membrana sensibile ai raggi laser aventi una lunghezza d' onda prestabilita, in fase di registrazione il raggio LASER incide (brucia) sulla membrana dei settori (non riflettenti segnale 0) e ne lascia degli altri liberi ( riflettenti segnale 1)  in modo da registrare in digitale l' informazione musicale. In riproduzione il lettore tramite un pickup LASER di lunghezza d' onda corretta ( componente di precisione e complesso) legge i settori non riflettenti (0) e quelli riflettenti (1) ricostruendo così il segnale digitale precedentemente inciso sul CD, un convertitore di alta qualità provvede a trasformare l' informazione digitale in uno analogico ad alta fedeltà e lo trasferisce sulle prese d' uscita schermate. Il procedimento appena descritto è un processo molto complesso, reso possibile grazie alla meccanica e ai componenti ottici di alta qualità e alta precisione, la microelettronica ha poi trasformato i complessi cicuiti di controllo dei componenti meccanici-ottici e di conversione del segnale in altri più facili da gestire e da produrre, senza la tecnologia dei circuiti integrati i costi sarebbero stati proibitivi e probabilmente la rivoluzione audio digitale non sarebbe mai avvenuta. Da notare che il cd ha permesso di avere audio ad altissima qualità ed esente da rumore di fondo e scratch, questo perche la lettura avviene tramite un fascio laser quindi senza contatto fisico tra il pickup e il supporto audio.

  Lettore CD con pickup LASER     Supporti audio analogici e digitali

Da qualche anno sui sistemi audio è comparsa anche la porta digitale USB (universal serial bus) la quale permette di collegarvi le cosiddette chiavette USB contenenti al loro interno le memorie FLASH-ROM che possono essere utilizzate per memorizzare files audio in formato compresso MP3 (MPEG layer3) o WMA (Windows media audio), un apposito circuito elettronico integrato legge e decodifica i files compressi convertendoli in analogico e ripristinando per quanto possibile la qualità audio originale intaccata dalla compressione.

Il selettore-preamplificatore è un' apparecchiatura molto importante, esso accetta ai suoi ingressi i segnali provenienti dalle varie periferiche audio viste prima e tramite un commutatore permette di selezionarle una alla volta, invia il segnale audio da registrare al registratore (a nastro, USB o CD), ne modifica le caratteristiche fisiologiche tramite i controlli dei toni o DSP-ASP, ne regola il livello di uscita (volume) e infine lo amplifica al giusto livello così da pilotare il successivo amplificatore audio di potenza a bassa frequenza. Il preamplificatore deve essere a basso rumore, deve amplificare in tensione ed avere una bassissima distorsione armonica, il commutatore di selezione deve essere di ottima qualità ed estremamente affidabile. Il preamplificatore-selettore può essere sia analogico che digitale, cambiano gli ingressi e la circuitazione tra i due tipi, nel caso del digitale si devono prevedere un certo numero di convertitori A/D per permetterne il funzionamento con le periferiche audio analogiche.Tale apparecchiatura si può trovare anche in combinazione con l' amplificatore di potenza, in tal caso si parla di amplificatore integrato.

                     Schema a blocchi di un amplificatore integrato 

L' amplificatore di potenza audio riceve al suo ingresso il segnale condizionato e preamplificato precedentemente dal selettore-preamplificatore e lo amplifica in potenza (corrente e tensione) secondo le esigenze dell' ambiente di ascolto o delle preferenze dell' utilizzatore, è un' apparecchiatura complessa, e deve essere progettata senza compromessi, perchè non deve aggiungere distorsione e rumore al segnale amplificato. Esistono amplificatori di potenza di vari tipi e classi di funzionamento, il costo è direttamente proporzionale alla qualità dei componenti utilizzati e alla potenza da ottenere, l' amplificatore dovrà pilotare poi le casse acustiche, le quali hanno un funzionamento complesso non puramente resistivo anzi a volte induttivo o capacitivo, per cui deve avere una buona capacità di erogare potenza senza andare in difficoltà con carichi particolari o quando gli è richiesto un surplus. Recentemente si sono affacciati sul mercato Hi-Fi gli amplificatori digitali in classe D, essi funzionano tramite la tecnologia P.W.M. (Power width modulation) e permettono di ottenere elevate potenze scaldando poco ( alta efficienza), gli amplificatori tradizionali invece funzionano in classe A o A-B e non hanno un' alta efficienza, ma nel caso della classe A forniscono una qualità audio ineccepibile.

Di seguito alcuni schemi semplificati ed ingrandibili:

   Schema semplificato di un  amplificatore di potenza in controfase

      Preamplificatore con controllo dei toni 

Le casse acustiche sono delle apparecchiature costruite di solito con pannelli di materiale legnoso e contengono al loro interno gli altoparlanti, cioè i trasduttori incaricati di trasformare il segnale elettrico proveniente dall' amplificatore in pressione sonora, cercando di farlo nel modo più fedele possibile, gli altoparlanti per l' HI-FI sono costituiti da una bobina in rame, la quale è solidale con una membrana in carta o polipropilene (o alluminio) e con uno smorzatore in tela corrugata, il tutto è montato su un cestello in metallo e la membrana è vincolata ad esso tramite una sospensione in gomma o foam. La bobina è immersa nel traferro di un potente magnete e applicandogli il segnale proveniente dall' amplificatore la bobina si muove nel traferro e trasduce in onde sonore il segnale audio. Gli altoparlanti sono divisi in tre tipologie, i Woofer, cioè gli altoparlanti con membrana, bobina e magnete grande per riprodurre le basse frequenze,  i Midrange per le frequenze medie, i quali hanno magnete e membrana più piccoli e infine i Tweeter che servono per riprodurre le frequenze più acute ed hanno piccole membrane. Le casse acustiche con tre altoparlanti (a tre vie) riescono a riprodurre ottimamente tutte le frequenze audio (da 20Hz a 20000Hz) grazie agli altoparlanti ottimizzati per ogni frequenza, gli altoparlanti vanno pilotati con la banda di frequenza giusta per evitare di danneggiarli per cui il loro ingresso deve essere preceduto da un filtro Cross-over, cioè un filtro passa-basso per il Woofer, uno passa-banda per il midrange e un filtro passa-alto per il tweeter. I filtri cross-over devono essere di buona qualità e ad impedenza costante per evitare perdite eccessive di potenza ed evitare di danneggiare l' amplificatore di potenza, inoltre devono essere ben calcolati per impedire di danneggiare gli altoparlanti inviandogli segnali con frequenza difficile da gestire. La cassa custica deve essere ben chiusa e con fonoassorbente applicato sulle pareti interne per bloccare l' irradiazione posteriore degli altoparlanti la quale essendo in controfase con quella anteriore provocherebbe un' attenuazione della pressione sonora specialmente sulle basse frequenze. Esistono anche casse acustiche a due vie, con solo Woofer e Tweeter, forniscono una fedeltà abbastanza buona ma non uguale a quelle a tre vie.

 Schema elettrico di una cassa a tre vie          Altoparlante Woofer

       Cassa acustica a tre vie                          Cassa acustica a due vie

 Impianto HI-FI a componenti separati             Mini Hi-Fi compatto

Ribadisco che è impossibile condensare in questo piccolo testo l' immenso mondo che c' è dietro alla frase "Elettronica e  Audio"  ma se avete bisogno di chiarimenti o di una consulenza potete scrivermi all' indirizzo riportato nella pagina "Contatti"

Grazie di aver visitato il mio sito web e di aver seguito la mia guida, tornate presto a visitarlo.