Cuffie, auricolari, monitor da studio e altre storie…

Cuffie con Cancellazione del Rumore

Le cuffie sono uno strumento che non ha certo bisogno di presentazioni, infatti tutti noi ne possediamo almeno un paio, che si tratti delle auricolari del lettore mp3, di un paio di cuffie hi-fi o di monitor da studio.
Approfondiamo l’argomento con questo articolo a cura di SD (e cj).

Il grande pregio delle cuffie è quello di essere un sistema di riproduzione economico, portatile ed efficiente. Inoltre risolvono i problemi legati alla posizione dell’ascoltatore rispetto alla sorgente e non soffrono delle interferenze acustiche dell’ambiente. Ma come scegliere le cuffie adatte fra migliaia di modelli esistenti? Cerchiamo di rispondere a questa domanda proponendo una panoramica sulle principali caratteristiche delle cuffie, in modo da consentire ad ognuno di imparare a riconoscere gli aspetti che soddisfano maggiormente le proprie esigenze.

 

Principi di funzionamento

Le cuffie più diffuse sono quelle dinamiche, basate sul funzionamento di trasduttori costituiti da un magnete permanente (Ferrite o Neodimio) e da una membrana solidale ad un bobina mobile che trasmette il suono come un piccolo altoparlante convenzionale.
Ecco un video illuminante in cui un noto marchio mostra la catena di assemblaggio di uno dei suoi modelli.

 

 

Nelle cuffie elettrostatiche il diaframma è costituito da un foglio polimerico molto sottile posto in galleggiamento tra due lastre forate di metallo collegate a due elettrodi. Il segnale viene indirizzato agli elettrodi che generano un campo elettrico e il diaframma viene spostato uniformemente dalle oscillazioni del segnale ed è in grado di muoversi così velocemente che il suono viene riprodotto molto fedelmente e con una distorsione minima . Questo perché il trasduttore ha una massa molto inferiore rispetto al magnete e alla bobina del sistema dinamico.

trasduttore elettrostatico

trasduttore elettrostatico

Le cuffie elettrostatiche sono molto costose e delicate, inoltre per funzionare hanno bisogno di una tensione ausiliaria generalmente fornita da un amplificatore dedicato.

 

Isolamento e tipologie

Gli auricolari, o “earbuds”, sono costituiti da trasduttori di ridotte dimensioni e si collocano appena all’esterno del canale uditivo. La loro capacità di isolamento dai rumori esterni è minima, come anche la fedeltà di riproduzione.

Esiste una variante di auricolari chiamati in-ear che vengono inseriti direttamente nel canale uditivo. Grazie a questo fatto offrono un isolamento dai rumori esterni migliore rispetto agli auricolari tradizionali e hanno una maggiore risposta in frequenza, apprezzabile sopratutto sulle basse frequenze.

Le cuffie aperte (open-back), come suggerisce il nome, non bloccano completamente i suoni ambientali. A seconda dei modelli, le coperture laterali possono essere perforate per permettere al suono di passare liberamente in entrambe le direzioni. In altri casi i cuscinetti non coprono completamente il padiglione auricolare ma rimangono appoggiati su di esso; questi particolari modelli si definiscono sovraurali.
Il suono risulta naturale, quasi come ascoltare una coppia di altoparlanti in campo libero e non si ha la sensazione opprimente della cuffia. Sono da sconsigliare in ambienti molto rumorosi o molto silenziosi, infatti anche i suoni riprodotti nella cuffia non sono isolati verso l’esterno – in studio di registrazione si rischierebbe il tipico rientro della cuffia nel microfono.   Le cuffie aperte sono molto diffuse in ambito consumer e hi-fi; possono risultare carenti sulle basse frequenze.

Le cuffie chiuse (closed-back) hanno esternamente un guscio di plastica dura – alcuni modelli sono simili ai dispositivi di protezione individuale usati dai lavoratori esposti a rumori di forte intensità – che aiuta a isolare l’ascoltatore dall’ambiente e si adattano molto saldamente alla testa.
Questo tipo di cuffie ha i cuscinetti che coprono completamente le orecchie (circumaurale) e il livello di abbattimento viene espresso in decibel (dB).
Sono usate da tecnici di presa diretta per sentire escusivamente il suono captato dai microfoni, dai tecnici del suono live e in studio per poter isolare un suono dal mix, da musicisti e da DJ, tipicamente esposti ad alti livelli di pressione sonora. Possono essere utili in studio di registrazione per impedire al click o ad altri suoni di rientrare nei microfoni.
Il comfort è sicuramente l’aspetto negativo di questo tipo di sistemi, infatti sono pesanti, esercitano una certa pressione ai lati della testa e il senso di affaticamento sopraggiunge più rapidamente rispetto ai modelli aperti. Inoltre il calore e il sudore possono accumularsi se vi è poca o nessuna ventilazione.

Un’evoluzione delle cuffie chiuse è costituita dai modelli a cancellazione di fase (noise cancelling). Si tratta di una tecnologia usata già da molti anni in ambito aereonautico e che ultimamente si sta affacciando sempre con maggior convinzione sul mercato. Funzionano grazie a dei microfoni posti sulle calotte esterne che captano i suoni ambientali i quali, attraverso un circuito dedicato, vengono invertiti di fase e riprodotti dagli altoparlanti delle cuffie. In questo modo la somma tra i suoni esterni e i suoni invertiti dovrebbe, in teoria, corrispondere a 0.

Cuffie con Cancellazione del Rumore

Cuffie con Cancellazione del Rumore

I sistemi semi-aperti offrono un compromesso tra sistemi aperti e chiusi. Forniscono la comodità delle cuffie aperte ma con un contenuto di bassi più ricco. I cuscinetti coprono i padiglioni auricolari e sono fatti di un materiale morbido che non preme con forza ai lati della testa, lasciando penetrare una parte dei suoni ambientali. Questi sistemi tendono ad isolare maggiormente dalle alte frequenze mentre le basse frequenze sono più difficili da contenere per loro stessa natura. Le cuffie semi-aperta sono adatte ad esser usate  in situazioni in cui non è richiesto un isolamento completo, come ad esempio una sessione live di registrazione. In queso, oltre a svolgere la funzione di monitor, le cuffie permettono al musicista di sentire cosa accade intorno, senza perdere le coordinate col resto della band.

 

 Risposta in frequenza

Come per gli altoparlanti o per i microfoni, una delle caratteristiche a cui si presta maggiormante attenzione è la risposta in frequenza. Il tipico grafico frequenza-intensità (in Hz e dBSPL) ci fornisce due importanti informazioni: la prima è il range di frequenze che la cuffia è in grado di riprodurre (ad esempio 18Hz-22kHz), la seconda è volume relativo a ogni frequenza rappresentato dalla curva. Poche escursioni di volume (+ o – 3 dB) indicano una maggiore linearità.

Diagramma di risposta in frequenza

Diagramma di risposta in frequenza

Non a caso il valore di riferimento che si utilizza è di 90 dBSPL che, secondo le curve di loudness Fletcher-Munson, corrisponde alla pressione sonora alla quale il nostro orecchio si comporta in maniera lineare.

N.B. In alcuni grafici viene usato il dBr, dove la r sta per relativo alla frequenza
e il valore di riferimento è lo 0.

Per misurare la risposta in frequenza delle cuffie, si usano i manichini binaurali che simulano le caratteristiche fisiche dell’ascolto umano, a partire da quando il suono colpisce i padiglioni auricolari per arrivare al timpano attraverso il canale uditivo.
La risposta in frequenza degli auricolari, invece, è influenzata dalla loro vicinanza al canale uditivo che assume un ruolo attivo nella resa finale del suono. Poichè ognuno di noi ha un canale uditivo che si differenzia per lunghezza, diametro e curvatura, la risposta in frequenza degli auricolari è più soggetta a variazioni da soggetto a soggetto.

 

Impedenza e sensibilità

Molti avranno sicuramente notato che l’impedenza è un valore sempre presente fra le specifiche tecniche di una cuffia. Ma come si traduce questo valore in performance?
Innanzitutto ricordiamo che l’impedenza, che si esprime in Ohm ?, è la resistenza che un circuito offre al passaggio di corrente alternata.

Come si evince dalla legge di Ohm:

Legge di OHM

Legge di OHM

W= potenza espressa in Watt, V = voltaggio, R = impedenza

maggiore è l’impedenza e maggiore sarà la tensione richiesta per il comandare correttamente le cuffie. In generale i valori di impedenza delle cuffie oscillano fra 8? e 600? a seconda della loro destinazione di uso: gli auricolari che vengono comunemente utilizzati con lettori mp3 o telefoni hanno valori di impedenza molto bassi poichè bassa è la tensione (in volt) generata da tali apparecchi. Al contrario le cuffie hi-fi e quelle professionali hanno valori molto più alti perché vengono collegate ad amplificatori in grado di erogare una tensione maggiore.

Un iPod, secondo la rivista Stereophile, è in grado di emettere una potenza di 60 milliwatt da suddividere per i due canali destra e sinistra e l’impedenza è compresa tra 4,5 e 6 ohm, un
preamplificatore professionale, invece, può erogare una potenza compresa da 1 a 3 Watt, con valori di impedenza di decine o anche centinaia di ohm.
Per ottenere il massimo dall’ascolto in cuffia è bene accoppiarla con la sorgente adeguata, altrimenti si possono riscontrare problemi di perdita di potenza, distorsione o volume eccessivo con conseguente danneggiamento della cuffia.

Capita spesso che si confonda l’impedenza con la sensibilità, basandosi erroneamente sull’assunto “le cuffie a bassa impedenza suonano più forte” ma l’impedenza non è un valore direttamente correlato alla qualità della riproduzione del suono.

La sensibilità è un valore che indica quanto efficacemente le cuffie trasducono il segnale elettrico in segnale acustico. In poche parole quanto volume producono le cuffie in riferimento a 1 milliwatt di potenza. L’unità di misura si indica in  dBSPL/mW .
Se abbiamo delle cuffie con una sensibilità di 105 dBSPL/mW siglifica che per ogni milliwatt producono 105 dBSPL e che incrementano di 3 dB ad ogni raddoppio della potenza.

Cuffia dBSPL

Cuffia dBSPL

 

Utilizzo in sicurezza

Le regole per la prevenzione dei danni all’udito valgono anche per le cuffie, ma poiché sono uno strumento che lavora a stretto contatto con il nostro apparato uditivo, è meglio usare un po’ di cautela in più e ricordarsi di rispettare alcune semplici norme.
Innanzitutto evitare l’ascolto prolungato. Questa infatti è una fra le maggiori cause di danni all’udito. Vittime dell’esposizione prolungata al suono sono le cellule ciliate incaricate di trasdurre i segnali acustici in impulsi nervosi. Immaginatele come se fossero fili d’erba in un prato: minore è il flusso di persone (i suoni) che li calpestano e più possibilità hanno i fili d’erba di tornare in posizione iniziale; di contro più il flusso è continuo e maggiori sono le possibilità che rimangano schiacciati per sempre (acufeni, perdita delle percezione delle alte frequenze, ipoacusia,…).

Cellule ciliate

Cellule ciliate

Un altro fattore importante da tenere sotto controllo è ovviamente l’intensità con cui si ascolta. Anche se per pochi minuti, con un’intensità che supera il livello di sicurezza, fissato a 80-85 dB, si rischiano gravi danni all’udito, come ci mostrano le tabelle

Pressione (fonte Dipartimento del Lavoro della Nuova Scozia, CA)

Pressione (fonte Dipartimento del Lavoro della Nuova Scozia, CA)

Soglia (fonte F.Alton Everest, Manuale di Acustica, HOEPLI)

Soglia (fonte F.Alton Everest, Manuale di Acustica, HOEPLI)

 

Conclusioni

Ciò detto la scelta delle cuffie è anche un fatto molto soggettivo, così come quella delle casse monitor, sopratutto in ambito professionale o semi professionale. Quello che dovrebbe contare è la capacità delle cuffie di restituire in modo il più possibile lineare quello che si ascolta. Non avrebbe senso ascoltare il proprio lavoro usando come punto di riferimento delle cuffie “normali“, ovvero messe in commercio per l’utente consumer e che in qualche modo offrono una diversa prospettiva sonora di quello che si ascolta.

Qui, beninteso, non vogliamo fare un discorso da “audiofili” ma semplicemente da professionisti (o quasi) che desiderano avere un sistema di ascolto sopra le parti, senza avere particolare enfasi su determinate frequenze, il cosiddetto “colore” di alcune marche. Per esempio, Beats e Bose sono ottime cuffie ma non possono svolgere il lavoro di “reference monitor” proprio perchè alla base sono studiate per dare un maggiore risalto e una maggiore presenza a delle frequenze specifiche. Così come non possono essere usati come riferimento gli auricolari in dotazione a telefoni vari, iPhone in testa, che devono sopperire in qualche modo alla mancanza di un vero e proprio padiglione, come detto in precedenza.

Gli Earpod di Apple infatti, sono una via di mezzo fra normali auricolari e gli auricolari “in ear”, e sfruttano il canale auricolare per enfatizzare alcune frequenze basse in modo che più vengono infilate in profondità meglio funzionano e… meglio rendono sordi se si esagera con un volume! 🙂

Detto questo, avere la possibilità di ascoltare come sentirà l’utente finale il vostro prodotto musicale è qualcosa che può tornare utile, ma certamente le “cuffiette” da telefono non dovrebbero mai essere usate come riferimento finale.

Come per le casse monitor, la scelta va fatta ascoltando le cuffie in un negozio specializzato o da amici e Il budget non dovrebbe essere un problema, a livello professionale un pochino occorre spendere. Ci sono cuffie da 280€ come da 500€ o molto di più ma pensiamo che per 120/150€ si possano avere delle cuffie che siano in grado di rispecchiare abbastanza fedelmente quello che si ascolta senza avere particolari controindicazioni, e che si trovano spesso negli studi di produzione e post produzione audio e audio per il video. Oppure che si trovano in casa di (anche nostri) amici che le usano per lavoro.

Tra questi modelli possiamo segnalare le (chiuse) Sony 7506, le (semi aperte) AKG 240 MKII, le (chiuse) Sennheiser HD380 PRO, le (chiuse) Beyerdynamic DT 770 PRO. Tutte circumaurali.

Aggiungiamo alla lista anche le (aperte) GRADO SR80e (sovraurali) che stanno prendendo piede come cuffie di riferimento anche se essendo aperte, ne è fortemente sconsigliato l’uso in autobus…

Ricordiamo che non sono consigli per gli acquisti ma semplicemente indicazioni basate sull’esperienza di chi scrive e di colleghi. Di modelli ce ne sono altri e sono molti, secondo noi la cosa giusta da fare è prendere un lettore (.mp3 e .m4a) di file audio, metterci la versione Wave o Aiff di qualche brano che si usa come riferimento per il tipo di musica che si vuole produrre, e cercare di ascoltare più modelli possibile. La scelta sarà delle nostre orecchie.

Buona ricerca della cuffia ideale a tutti!

 

 

Stefano Danese Musicista e appassionato da anni di Hard Disk recording, diplomato col massimo dei voti in Musica Elettronica con indirizzo “Tecnico di sala di registrazione” presso il Conservatorio di Frosinone.
Co-fondatore e fonico presso Studio Sound
Via Frascati, 292/A, 00040 Rocca di Papa (RM)
Tel.: ???069495721.
Potete andarlo a trovare oppure contattarlo via email

 

Claudio Januario nasce come “MIDIFONICO: operatore di sistemi di automazione musicale” e oggi è laureato in Musica ElettronicaTecnico di Sala di Registrazione al Conservatorio di Musica Licinio Refice di Frosinone. È docente Steinberg certificato ed è l’ideatore, realizzatore e gestore di questo sito fin dalla sua nascita. Può essere contattato anche attraverso i forum oppure scrivendogli al suo indirizzo di posta elettronica