Punte? no, grazie

Da un po' di tempo (troppo, a dire il vero) si è affermata la moda di usare per casse ed elettroniche piedini a punta, appoggiando la punta su un supporto metallico per evitare di danneggiare la superficie di appoggio.
In effetti un diffusore di qualità può pesare alcune decine di kg, ed una punta con un carico di una decina di chili o più su un pavimento di legno sprofonderebbe in breve tempo.

Queste punte sono fornite di serie ma sono anche disponibili presso i vari siti di materiale HiFi “esoterico”, in qualche caso a prezzi di affezione (tradotto: per valere il prezzo dovrebbero essere costruite in platino, a mano una per una nelle notti di luna piena da fanciulle vergini di nobili origini).
In realtà il costo è in genere piuttosto ridotto, ma ciò che è discutibile è la funzionalità.

È un semplice problema di fisica elementare relativo ai sistemi oscillanti.

Un po' di teoria 

Un altoparlante trasforma un segnale elettrico in un movimento alternato di un diaframma che è messo in moto da un “motore”: il complesso  magnete + bobina mobile è a tutti gli effetti un motore elettrico, che trasforma un segnale alternato in vibrazioni meccaniche.

Queste vibrazioni meccaniche mettono da una parte in movimento l'aria, generando il suono, e dall'altra per uno dei principi basilari della Fisica, il Principio di Azione e Reazione, mettono in vibrazione la cassa, in quanto il magnete è fissato rigidamente alla cassa.

Il sistema Altoparlante-Cassa è un sistema oscillante, in quanto il diaframma è collegato al cestello mediante una sospensione elastica ed ha una sua massa, e come tutti i sistemi oscillanti ha una sua propria frequenza di risonanza.

Ciò che deve essere chiaro è che anche la Cassa con i suoi piedini di appoggio è un sistema oscillante, in quanto ha una massa, mediamente elevata, e qualsiasi tipo di piedini, anche il più rigido, ha una costante elastica nel punto in cui preme sulla superficie di appoggio.
E tramite i piedini trasmette le sue vibrazioni al piano di appoggio.

Per qualsiasi sistema oscillante la frequenza di risonanza è determinata dalla massa e dalla costante elastica e quanto più la costante elastica è ridotta (cioè quanto più la “molla” è rigida) tanto più la frequenza di risonanza è elevata.

Il risultato che si dovrebbe ottenere è:

la cassa non trasmetta al piano di appoggio, qualunque esso sia, le sue vibrazioni

le vibrazioni del piano di appoggio non siano trasmesse alla cassa, per non inquinare il suono emesso dalla cassa stessa.

Consideriamo il caso di due monitors near field appoggiati al banco di lavoro: lo scopo dei monitor near field è quello di trasmettere alle orecchie di chi sta eseguendo un missaggio il suono risultante: questo suono deve essere totalmente privo di influenze esterne (ovviamente questa è una situazione ideale) per permettere di capire cosa esattamente finirà sul supporto di registrazione.
Una coppia di monitore near field è indispensabile a questo scopo in quanto essendo “near field” (“near” significa che gli altoparlanti sono a circa 1 metro dalle orecchie e lontani dalle pareti) il suono diretto sovrasta nettamente le riflessioni dell'ambiente, le onde stazionarie e il rumore.

Se un corpo vibrante è connesso ad un altro tramite un supporto non totalmente smorzante, quindi dotato di una sua propria risonanza, l'energia trasmessa da un corpo all'altro è maggiore se la risonanza del supporto cade all'interno della gamma di frequenza delle vibrazioni emesse dal corpo.

Un sistema oscillante è schematizzato così:

M è la massa della cassa, K la costante elastica del supporto, nel nostro caso potrebbero essere le punte, R è lo smorzamento del supporto.

Le vibrazioni della cassa vengono trasmesse al piano di appoggio in funzione della costante elastica e dello smorzamento.

La cassa trasmette le sue vibrazioni al piano di appoggio con frequenza che dipende da M e K e ampiezza che dipende da R:

Se lo smorzamento è basso (Q elevato) l'ampiezza delle vibrazioni trasmesse è elevato.
Le punte normali sono di metallo e sono fissate rigidamente alla cassa, quindi lo smorzamento è molto basso (Q molto alto) e la rigidità è elevata (frequenza di risonanza elevata, sicuramente all'interno della gamma audio).

Ovviamente per le vibrazioni trasmesse dal piano di appoggio alla cassa vale la stessa legge.

Se i due monitors fossero appoggiati al banco di lavoro con supporti rigidi trasmetterebbero al banco le loro vibrazioni e si influenzerebbero l'un l'altro, oltre a ricevere dal banco le vibrazioni cui il banco è soggetto, trasmesse dal pavimento.

Un supporto con smorzamento elevato e rigidità bassa avrebbe come risultato di abbattere l'ampiezza della trasmissione e portare l'energia trasmessa all'estremo inferiore della gamma audio, possibilmente al di sotto.

Cerchiamo di misurare l'effetto di supporti rigidi.

Vediamo le vibrazioni di due normali casse appoggiate in modo diverso ad una scrivania piuttosto robusta (gambe in acciaio, ripiano in MDF da 40 mm).
Per misurare le vibrazioni ho usato l'app Seismac (free, sviluppata da Incorporated Research Institutions for Seismology) che visualizza le accelerazioni su tre assi misurate dall'accelerometro integrato in qualsiasi computer Apple dotato di disco tradizionale (1).

Ho quindi misurato le vibrazioni del piano della scrivania con le casse appoggiate in tre modi diversi: tre dadi in acciaio (ovviamente non possiedo punte, ma la rigidità è simile), normali feltrini, un foglio di circa 15 mm di poliuretano espanso (materiale per imballaggio di oggetti delicati).
Il segnale è ovviamente lo stesso per le tre misure, rumore rosa, un segnale particolarmente “benevolo” in quanto il livello sonoro è uniforme e uguale per i due canali, mentre qualsiasi segnale musicale vero produce picchi di livello e su tempi diversi, per quanto poco, sui due canali.

I risultati nelle immagini che seguono.

Appoggio su dadi.

Appoggio su feltrini

Appoggio su strato smorzante.

Mi sembra che il risultato non abbia bisogno di commenti.

Ovviamente quanto detto vale per i monitor da studio ma vale altrettanto per qualsiasi cassa HiFi.

L'idea che delle punte rigide appoggiate ad un pavimento di marmo siano una buona soluzione per l'isolamento acustico delle casse  ha una origine che non riesco ad individuare.

Infatti chi di queste cose ha una conoscenza molto approfondita, solo per fare un esempio Genelec uno dei più grandi e apprezzati produttori di monitors da studio, per i suoi monitors propone soluzioni totalmente diverse.

I monitors near field sono posizionati su: “The Iso-PodTM (Isolation Positioner/DecouplerTM) vibration insulating table stand”

I main monitors (grandi monitors da installare a parete con il frontale a filo della parete) 

devono essere montati su supporti antivibrazioni:

da notare che è specificato che la frequenza di risonanza degli isolatori deve essere fra 2 e 8 Hz, cioè al di fuori della gamma audio.

È interessante notare che i primi posts su Internet su questo argomento appaiono nel 1987, nulla di nuovo sotto il sole.

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(1)  Nei computer Apple dotati di unità disco tradizionale (disco rotante con testine magnetiche) è incorporato un accelerometro che comanda una app di sistema.
Nel caso il computer subisca una accelerazione improvvisa di valore elevato (un urto) che potrebbe portare le testine a contatto con la superficie del disco, danneggiando disco e testine, questa app ritrae e blocca istantaneamente le testine all'esterno della superficie del disco.