La tecnologia cardioide passiva: cos’è e perché ne abbiamo bisogno?

Il termine cardioide si riferisce alla forma del diagramma polare di cattura, nel caso dei microfoni, o di emissione, nel caso dei diffusori acustici, che ci fa capire come questi trasduttori siano diversamente sensibili al variare dell’angolo – rispettivamente di incidenza e di emissione – del suono. Nel caso specifico dei diffusori, le diverse linee rappresentate su questo diagramma, vagamente a forma di “cuore” (da qui la parola “cardioide”), indicano l’intensità sonora al variare dell’angolo e della frequenza.

Facendo un passo indietro, diremo che una sorgente sonora puntiforme ideale emette le onde di pressione in forma sferica, quindi il suo diagramma polare in 3D sarà come quello di una sfera mentre sul piano orizzontale si riduce ovviamente ad un cerchio:

Diagramma polare omnidirezionale

Questo tipo di diagramma polare si dice omnidirezionale. Al contrario, quello di tipo cardioidenel caso ideale, si presenta così: 

Diagramma polare cardioide

Come si può notare, l’emissione è massima a 0°, cioè frontalmente, e si attenua al variare dell’angolo man mano che ci si sposta, fino a raggiungere uno zero a 180°, cioè dietro. Per angoli diversi da 180°, l’emissione posteriore è comunque molto attenuata rispetto a quella anteriore.

Nei casi reali, il diagramma polare dipende anche dalla frequenza, pertanto alle basse frequenze tenderà ad assumere la forma di cardioide allargato (subcardioide) e alle alte frequenze di cardioide stretto (ipercardioide). 

In altre parole, le basse frequenze tendono a propagarsi in maniera che assomiglia sempre di più a quella omnidirezionale, con quasi la stessa intensità in tutte le direzioni, mentre alle frequenze medio/alte il sistema diventa più direttivo.

Diagramma polare caso reale

La maggior parte dei diffusori acustici si comporta in questa maniera; perciò, vi è un elevato contributo di basse frequenze dietro al diffusore. 

Questo accumulo di basse frequenze può interferire in maniera distruttiva con l’intelligibilità del parlato e la chiarezza del suono, causando oltretutto una “fuga” di energia sonora in direzioni non volute, persino al di fuori del locale in cui si trova l’impianto.

Pensate al caso tipico di un concerto live: i diffusori, rivolti verso il pubblico, per evidenti ragioni devono emettere energia sonora in quella direzione, cioè verso la platea, e non dietro verso il palco e gli artisti.

Diagramma polare di emissione delle basse frequenze in un diffusore tradizionale (cerchio blu)

La soluzione attualmente più usata per ridurre l’emissione di onde sonore posteriori indesiderate in bassa frequenza è quella basata sugli array cardioidi attivi. Sono sistemi più complessi che simulano, grazie all’utilizzo di una seconda linea di segnale con DSP/amplificatore e diffusore di cancellazione aggiuntivo, un diagramma polare cardioide (vedi figura sotto), con lo svantaggio però di richiedere appunto questi componenti addizionali. Il risultato finale è una soluzione piuttosto ingombrante e costosa, impossibile da sostenere per molte installazioni a causa del prezzo elevato o della mancanza di spazio all’interno del locale.

Diagramma polare di emissione delle basse frequenze in un array cardioide attivo (linea blu)

Fulcrum Acoustic, l’azienda americana distribuita in esclusiva per l’Italia da Ligra DS, ha sviluppato una tecnologia cardioide passiva per offrire un’alternativa più compatta, conveniente e semplice da utilizzare rispetto ai sistemi cardioidi attivi appena descritti. I diffusori cardioidi passivi producono un’alta pressione sonora in direzione frontale e una consistente attenuazione del suono, soprattutto alle basse frequenze, nella direzione posteriore senza richiedere amplificatori, altoparlanti e processori di segnale aggiuntivi.

CCX12 Fulcrum Acoustic

Il diffusore coassiale CCX12 Fulcrum Acoustic, a differenza del CX12 che è identico nell’aspetto, utilizza delle porte sulla parte superiore ed inferiore del cabinet per creare il diagramma polare subcardioide

Tecnologia cardioide passiva: i benefici

Costo ed efficienza 

Come già accennato, il vantaggio più evidente dei diffusori cardioidi passivi rispetto ai loro equivalenti attivi è che richiedono meno trasduttori e utilizzano un numero inferiore di canali di amplificazione/ DSP, configurandosi così come una soluzione più efficiente e conveniente.  Come già accennato, il vantaggio più evidente dei diffusori cardioidi passivi rispetto ai loro equivalenti attivi è che richiedono meno trasduttori e utilizzano un numero inferiore di canali di amplificazione/ DSP, configurandosi così come una soluzione più efficiente e conveniente.

Dimensioni

La tecnologia cardioide passiva raggiunge un controllo della direttività molto accurato in meno della metà dello spazio richiesto dagli array cardioidi attivi. Un unico diffusore cardioide passivo può quindi svolgere la stessa funzione di questi ultimi.

Minor distorsione

In un sistema cardioide attivo, dove ci sono due trasduttori separati per le basse frequenze che ricevono due diversi segnali dal DSP/amplificatore, ogni prodotto della distorsione creato da questi trasduttori non sarà esattamente lo stesso. In un sistema cardioide passivo, viceversa, la radiazione posteriore e quella frontale sono identiche, dal momento che sono prodotte dal movimento della membrana dello stesso woofer, il che significa che anche i prodotti della distorsione si cancellano reciprocamente, dando come risultato un suono più pulito.

Diagramma polare regolabile

L’unico grado di libertà offerto da un array cardioide attivo è dato dalla possibilità di variare il segnale che giunge al secondo trasduttore, quello preposto alla cancellazione dell’emissione posteriore in bassa frequenza.

In un diffusore cardioide passivo, la direzione verso cui le porte di accordo sono rivolte può essere variata e ciò permette di ottenere differenze nella forma della risposta polare. Per esempio, in alcuni casi potremmo voler aumentare l’attenuazione a 90° rispetto a quanto accadrebbe in una classica configurazione di tipo cardioide. Avere maggiore attenuazione a 90o e non uno zero a 180o a determinate frequenze, per esempio sotto i 1000 Hz come nel diagramma qui riportato, lo rende un dispositivo più utile rispetto al cardioide classico.

Tecnologia cardioide passiva: le applicazioni

Sebbene sia assolutamente corretto affermare che non esiste alcuno scenario, o alcuna applicazione, in cui sia utile avere un’emissione di LF (Low Frequencies, basse frequenze) incontrollata, esistono alcune applicazioni specifiche in cui i diffusori cardioidi passivi sono più che benvenuti.
Disposizione contro il muro

In parecchie situazioni come teatri, luoghi di culto e altri ambienti, i diffusori acustici sono montati a parete con apposite staffe, o comunque si trovano a ridosso di un muro posteriore. Quando il diffusore è posizionato in tal modo, si otterrà un’onda sonora riflessa da quella superficie che interferirà con la radiazione frontale e creerà azzeramenti e picchi nell’emissione sonora, provocando un suono confuso nella gamma medio-bassa. Utilizzando un sistema cardioide passivo in una situazione simile, viene ridotto drasticamente l’effetto della parete ed eliminata la necessità di equalizzare l’accumulo di frequenze attorno ai 250 Hz. Poiché la risposta di fase viene lasciata intatta, il risultato è quello di grande chiarezza e intelligibilità sia nel parlato che nel musicale: inoltre la messa a punto diventa più semplice, in quanto non sarà più necessario preoccuparsi delle riflessioni della parete stessa.

Linee di ritardo

Un’altra applicazione in cui i diffusori cardioidi passivi sono particolarmente utili è nelle linee di ritardo. Senza addentrarci troppo nello specifico, diremo che le linee di ritardo si utilizzano per allineare temporalmente le emissioni provenienti da vari diffusori, necessari per quella particolare sonorizzazione, convergenti in una determinata area di riferimento con il fine di evitare fenomeni di eco. Si pensi ad esempio ad un grande ambiente, come un teatro o una chiesa, dove è necessario porre a metà della sala una coppia di diffusori aggiuntivi rispetto a quelli del palco per coprire in maniera ottimale tutta l’area in cui sono disposti gli spettatori.

Se questi diffusori, indicati come Delay, non ricevessero un segnale ritardato rispetto a quelli principali, il pubblico in fondo percepirebbe l’eco dovuto alle differenze di percorso fra quelli principali, che si trovano a maggior distanza, e i delay, dovuto appunto alla velocità di propagazione del suono nell’aria che, lo ricordiamo, è di circa 340 m/s. I diffusori tradizionali utilizzati per le linee di ritardo, anche se sono disposti lontano da quelli principali, genereranno un’emissione spuria a bassa frequenza che ritorna verso i diffusori principali. I membri del pubblico seduti appena davanti all’anello di ritardo saranno soggetti ad un peggioramento nella qualità dell’ascolto a causa dalle basse frequenze provenienti da dietro di loro, effetto che un diffusore cardioide passivo ridurrà al minimo, specialmente quando si può contare su una attenuazione extra a 90° per impedire a coloro che sono seduti in prossimità dei delay di essere investiti da energia a bassa frequenza indesiderata.
Limitazione del disturbo al vicinato

In un impianto PA è necessario limitare l’area da sonorizzare a quella occupata dal pubblico presente: la propagazione di suono in altre direzioni è assolutamente da evitare. Gli esempi possono includere impianti sportivi e stadi vicino ad aree residenziali o hotel provvisti di una sala da ballo collocata al di sotto delle stanze per gli ospiti. Proiettando il suono in avanti, i diffusori cardioidi passivi aiutano ad offrire un’esperienza d’ascolto di alta qualità per gli ospiti all’interno del locale, riducendo al minimo l’emissione posteriore e quindi il disturbo per chi non è coinvolto nell’evento.

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