Introduzione all`Effetto LARSEN - Home page sito web prof. Cleto

EFFETTO LARSEN ..............................................................................................................................................2
Generalità sui sistemi Audio........................................................................................................................2
Effetto Larsen nelle trasmissioni radiotelevisive .........................................................................................2
Eliminazione dell’effetto Larsen...................................................................................................................3
APPENDICE A : LE FREQUENZE DELLE NOTE MUSICALI ........................................................................................3
Definizione di “ottava”..................................................................................................................................3
Definizione di “decade”................................................................................................................................3
APPENDICE B: LA RETROAZIONE NEGLI AMPLIFICATORI ......................................................................................4
Condizioni di oscillazione di Barkausen......................................................................................................4
Larsen, Absalon...........................................................................................................................................4
BIBLIOGRAFIA....................................................................................................................................................4
Effetto Larsen negli impianti di audio-diffusione
prof. Cleto Azzani
IPSIA Moretto Brescia
2005
Effetto Larsen
Onde Acustiche
Parlato_o_Musica
ALTOPARLANTE
MICROFONO
PREAMPLIFICATORE
EQUALIZZATORE
AMPLIFICATORE
DI POTENZA
Onde Acustiche
ATTUATORE
Generalità sui sistemi Audio
In un sistema di amplificazione audio il microfono rappresenta il “trasduttore” che trasforma energia acustica
in energia elettrica (solitamente sotto forma di tensione). Molti sono i tipi di microfoni dal vecchio microfono a
carbone presente nei telefoni di “vecchia generazione” ai microfoni piezoelettrici, ai microfoni elettrodinamici
o magneto-elettrici fino ai moderni microfoni a condensatore impiegati sia negli studi televisivi che nei
moderni telefoni cellulari. Il pre-amplificatore eleva il modesto livello di tensione disponibile in uscita al
trasduttore ad un livello sufficiente per consentire il pilotaggio degli amplificatori di potenza. Le reti di
equalizzazione servono per correggere la curva di risposta del “sistema-audio” tenendo conto dell’ambiente
in cui viene diffuso il suono ma anche del tipo di sorgente da cui proviene il segnale da amplificare. Il tipo più
semplice di equalizzatore, anche se poco flessibile è il controllo di toni acuti e bassi.
Il “segnale equalizzato” viene poi inviato all’amplificatore di potenza ed infine all’attuatore. L’attuatore è un
dispositivo di potenza che trasforma il segnale elettrico in segnale acustico; si tratta delle casse acustiche di
potenza dette comunemente altoparlanti.
In caso di riproduzione stereo, il sistema è doppio: due canali: Left e Right, due microfoni, due
preamplificatori, due equalizzatori, due amplificatori di potenza e due altoparlanti.
Nei sistemi di amplificazione audio, il segnale generato dagli attuatori “altoparlanti” viene inevitabilmente
riflesso ed in parte ritorna indietro, raggiunge i microfoni e si somma al segnale audio generato dall’orchestra
o dal conferenziere; il sistema è solo apparentemente ad anello aperto; la retroazione che si stabilisce fa si
che esso funzioni ad anello chiuso.
Onde Acustiche
Parlato_o_Musica
ALTOPARLANTE
+
MICROFONO
PREAMPLIFICATORE
EQUALIZZATORE
AMPLIFICATORE
DI POTENZA
Onde Acustiche
ATTUATORE
+
Onde Acustiche di Ritorno
BLOCCO DI
REAZIONE
Ricorrendo alla terminologia adottata nello studio dei sistemi di controllo ad “anello chiuso”, si può affermare
che il blocco G è rappresentato dal sistema di amplificazione audio dai microfoni agli altoparlanti, il blocco H
schematizza il percorso di ritorno delle “onde audio”. Contrariamente ad altri sistemi ad anello chiuso, le
caratteristiche del blocco H non sono note “a priori” non solo ma dipendono da moltissimi fattori: le
dimensioni dell’ambiente, le distanze fra microfoni e altoparlanti, l’orientamento di microfoni e degli
altoparlanti e la loro direzionalità.
L’effetto Larsen, che si manifesta a volte nei sistemi di amplificazione audio con il classico e “fastidioso
fischio”, indica che il sistema audio è entrato in oscillazione poiché sono state in esso raggiunte le condizioni
di oscillazione di Barkausen.
Nel caso specifico dell’effetto Larsen il sistema di amplificazione audio è nostro malgrado ad anello chiuso;
diverrebbe ad anello aperto se H fosse 0 ossia se si potesse annullare la retroazione cosa impossibile. Il
fischio che si manifesta in un sistema audio è la riprova che l’energia acustica ritorna dagli altoparlanti fino ai
microfoni ed è in grado di rigenerarsi percorrendo il blocco G e poi nuovamente H; nel sistema ad anello
chiuso si è instaurato un regime di “retroazione positiva”.
L’Effetto Larsen si può innescare anche nel più assoluto silenzio semplicemente avvicinando il microfono alle
casse acustiche: in questo caso l’innesco è prodotto dal rumore presente in ogni amplificatore e quindi
disponibile sotto forma di onda di rumore nelle casse acustiche.
Effetto Larsen nelle trasmissioni radiotelevisive
L’effetto Larsen si presenta frequentemente anche nel corso di trasmissioni radiofoniche o televisive quando
un radioascoltatore interviene in diretta telefonando da casa. Il conduttore spesso raccomanda di “abbassare
il volume” di radio o TV per evitare i “fastidiosi ritorni”.
In questo specifico caso il blocco G comprende tutti gli apparati percorsi dal segnale a partire dallo studio
televisivo fino all’apparato ricevitore di casa; il blocco H comprende il percorso di ritorno a partire dal micro-
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telefono, alle centrali telefoniche, fino a giungere ai sistemi di amplificazione delle telefonate in arrivo
collocati negli studi radiotelevisivi.
STUDIO RADIO TV
MICROFONO
ALTOPARLANTE
TRASMETTITORE
RADIO TV
RICEVITORE
RADIO TV
ONDE
RADIO
MICROTELEFONO
CENTRALE
TELEFONICA
APPARECCHIO
TELEFONICO
SEGNALE TELEFONICO
DI RITORNO
Eliminazione dell’effetto Larsen
Tre sono i modi per eliminare la presenza del fischio Larsen:
a) Abbassare il volume ossia diminuire il guadagno G dell’amplificatore audio
b) allontanare il microfono dall’altoparlante (in modo da ridurre H)
c) agire sull’equalizzatore in modo da ridurre il guadagno del sistema alle frequenze del fischio Larsen.
Tutti questi interventi permettono di allontanarci dalle condizioni di Barkausen
OTTAVA
INFERIORE
261,63
277,18
293,66
RE# 311,13
Definizione di “ottava”
MI
329,63
Si definisce “ottava” l’intervallo di frequenze compreso fra la
FA
349,23
frequenza f e la frequenza 2f
Es.: sono ottave i seguenti intervalli: da 1 a 2 Hz; da 450 a 900 Hz; da
FA# 369,99
1KHz a 2KHz
SOL
392,00
SOL#
415,30
Definizione di “decade”
440,00
Si definisce “decade” l’intervallo di frequenze compreso fra la LA
frequenza f e la frequenza 10f
LA# 466,16
466,16
Es.: sono decadi i seguenti intervalli: da 1 a 10 Hz; da 450 a 4500 Hz;
SI
493,88
da 1KHz a 10KHz
DO#
OTTAVA
SUPERIORE
FREQUENZA (Hz)
NOTA
Appendice A : Le Frequenze delle Note Musicali
Nella tabella riportata di seguito sono riprodotte le frequenze delle note
musicali comprese nella scala cromatica a partire dalla nota DO e fino
alla nota SI. Nella prima colonna si distinguono 7 note DO RE MI FA
SOL LA SI e 5 semitoni da DO# a LA#. In colonna 3 sono riportate le
frequenze in Hz di ciascuna nota compresa nella “scala fondamentale”;
fra di esse il LA fondamentale (frequenza 440 Hz) frequenza
caratteristica del “diapason” utilizzato per accordare gli strumenti
musicali. In colonna 4 sono riportate le frequenze dell’ottava superiore
DO
(frequenza raddoppiata rispetto alla scala fondamentale). In colonna 5
sono riportate le frequenze dell’ottava inferiore (frequenza dimezzata
rispetto alla scala fondamentale).
RE
SEMITONO
In caso di Larsen nelle trasmissioni televisive si adotta sempre il metodo b) invitando il radioascoltatore in
linea ad abbassare il volume del suo radioricevitore o ad allontanarsi dal radioricevitore; volendo si potrebbe
agire pure sulla regolazione di guadagno degli amplificatori o sulla regolazione degli equalizzatori presenti
nello studio radiotelevisivo; questo intervento però modificherebbe il livello di segnale ricevuto da tutti i
radioascoltatori operazione che non è affatto opportuna.
523,25
554,37
587,33
622,25
659,26
698,46
739,99
783,99
830,61
880,00
932,33
130,81
138,59
146,83
155,56
164,81
174,61
185,00
196,00
207,65
220,00
233,08
987,77 246,94
In applicazioni audio è maggiormente utilizzato il termine “ottava” mentre in ambito sistemistico (studio dei
sistemi di controllo) è maggiormente utilizzato il termine “decade”. In ambito audio si potrà sentire parlare di
filtri con pendenza di 6dB/ottava, 12dB/ottava, 18dB/ottava; in ambito sistemistico si sentirà parlare di filtri
con pendenza di 20dB/decade, 40dB/decade, 60dB/decade. Sarà opportuno ricordare che una pendenza di
6dB/ottava è equivalente a 20 dB/decade.
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Appendice B: La retroazione negli amplificatori
X
E
+
Y
A
+
R
B
Nell'ambito degli Amplificatori retroazionati si fa riferimento allo schema a blocchi di figura. Le grandezze X,
Y, E, R possono essere sia tensioni che correnti, il blocco A rappresenta l’Amplificatore, il blocco B
rappresenta il blocco di reazione; il nodo di figura è un nodo sommatore.
Sviluppando semplici calcoli matematici si ricava la seguente espressione ove W rappresenta la funzione di
trasferimento del sistema ad anello chiuso.
W=
Y
A
=
X 1− A⋅ B
Condizioni di oscillazione di Barkausen
In generale la funzione di trasferimento di un sistema ad anello chiuso W dipende dalla funzione di
trasferimento ad anello aperto A e dalla funzione di trasferimento del blocco di retroazione B. Se poniamo
nella espressione della W, il denominatore uguale a 0 otteniamo la seguente relazione:
1 − AB = 0 → AB = 1
Porre uguale a zero il denominatore significa ricercare se esiste la possibilità di ottenere una funzione di
trasferimento ad anello chiuso pari ad infinito. Dire che W tende ad infinito significa ipotizzare un sistema che
presenta una uscita Y finita con ingresso X nullo; in altri termini si può affermare che lo stesso segnale di
retroazione R mantiene da solo in attività il sistema anche se l'ingresso X non è presente o vale 0. I sistemi
che presentano le caratteristiche or ora descritte prendono il nome di oscillatori o sistemi oscillanti.
Approfondiamo il significato della 4.19. Poiché sia A che B sono in genere funzioni complesse della variabile
ω risulterà :
A(ω ) ⋅ B(ω ) = 1
ϕ = Arg [ A(ω ) ⋅ B(ω )] = 0°
Le condizioni indicate dalla 4.20 vengono generalmente chiamate "condizioni di Barkausen" esse possono
anche essere scritte anche nel seguente modo:
A(ω ) =
1
B(ω )
Arg [ A(ω ) ⋅ B(ω )] = Arg [ A(ω )] + Arg [B(ω )] = 0°
Larsen, Absalon
Elettrotecnico danese (Nørre Aaby 1871-Gentofte 1957) noto soprattutto per le sue ricerche di
elettroacustica.
Bibliografia
Approfondimenti sugli equalizzatori si possono trovare al sito web :
http://audiosonica.blog.excite.it/permalink/177137
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