Il trucco del volume: perché le cuffie hi-fi degli smartphone suonano sempre così silenziose?
Perché le cuffie per dispositivi mobili con un'impedenza di 32 Ohm suonano molto più forte su uno smartphone rispetto alle grandi cuffie hi-fi con trasduttori da 300 Ohm? Sono intrinsecamente più rumorose? In linea di principio no: il motivo è da ricercare altrove.
Tutti coloro che hanno provato a collegare grandi cuffie hi-fi al proprio smartphone conoscono l'effetto: il suono è fantastico, ma anche con il controllo del volume alzato al massimo, il volume è inadeguato - con le cuffie a bottone incluse, invece, in questa posizione le orecchie quasi esplodono.
Non è del tutto corretto dedurre che le cuffie hi-fi siano generalmente più silenziose a causa della loro maggiore impedenza. Per fare un confronto equo, è necessario innanzitutto determinare quanta parte dell'energia elettrica fornita dal dispositivo le cuffie convertono in suono. Questo è esattamente ciò che descrive la cosiddetta sensibilità: indica il livello di pressione sonora (espresso in decibel dB) che un paio di cuffie produce quando gli viene fornita una potenza elettrica di 1 milliwatt (mW) (la frequenza di prova è solitamente di 500 hertz).
Il risultato è questo.
Ad esempio, si legge in questo modo: Sensibilità delle cuffie modello B&W P7 Wireless = 95 dB/mW. Il modello più piccolo B&W P5 Wireless, invece, ha una sensibilità = 92 dB/mW. In confronto, il P7 Wireless ha un livello di pressione sonora caratteristico superiore di 3 dB rispetto al P5 Wireless - il che significa che ha un'efficienza migliore: il P7 converte la potenza elettrica erogata di 3 decibel e quindi il doppio in potenza acustica (doppia efficienza) rispetto al P5.
Per definizione, l'efficienza esprime sempre il rapporto tra la potenza in uscita e la potenza in entrata. L'efficienza delle cuffie è quindi determinata esclusivamente dall'efficienza dei trasduttori sonori, che è caratterizzata principalmente dalla forza dei magneti utilizzati e dalla densità del flusso magnetico nel vuoto d'aria in cui si muove la bobina mobile durante il pilotaggio del diaframma.
Se non è l'impedenza, cos'è?
L'efficienza e quindi la sensibilità di una cuffia è completamente indipendente dalla sua impedenza. Tuttavia, la domanda rimane: Perché le cuffie da 32 ohm di solito suonano molto più forte su uno smartphone rispetto alle cuffie hi-fi con un'impedenza di 300 ohm? Il nocciolo della questione è che la sensibilità è una specifica legata alla potenza - perché il valore di riferimento è 1 milliwatt.
A questo punto, non possiamo fare a meno di usare la calcolatrice per fare un piccolo calcolo. Supponiamo di avere due cuffie (A e B) con la stessa sensibilità (quindi identica efficienza) di 102 dB/mW - ma con un'impedenza diversa: 300 ohm per la cuffia A, 32 ohm per la cuffia B.
E qui entra in gioco la domanda cruciale: Quale tensione elettrica è necessaria in ogni caso per fornire 1 milliwatt di potenza a entrambi i set di cuffie, in modo che producano livelli di pressione sonora identici di 102 decibel?
Ecco come procedere:
Dato: la potenza P (1 milliwatt = 0,001 watt)
e le impedenze (cuffie A = 300 ohm; cuffie B = 32 ohm)
Cercasi tensione elettrica U (in volt, V) per le cuffie A e B
Secondo la legge di Ohm:
P = U2/R
da cui segue: √(P x R) = U
Cuffie A:
√(0,001W x 300 Ohm) = 0,548 V
Cuffie B
√(0,001W x 32 Ohm) = 0,179 V
Ci rendiamo conto che le cuffie A da 300 ohm richiedono una tensione di segnale più di 3 volte superiore a quella delle cuffie B per assorbire 1 milliwatt di potenza dall'amplificatore (cioè dallo smartphone). Al contrario, questo significa anche che le cuffie B da 32 ohm richiedono solo un terzo della tensione per assorbire 1 milliwatt di potenza (e quindi lo stesso volume delle cuffie A).
Ciò rende l'idea della situazione.
Questo chiarisce il caso: a parità di volume, le cuffie B da 32 ohm suonano quasi esattamente il doppio (circa 10 dB) delle cuffie A da 300 ohm.
Gli smartphone hanno troppa poca potenza
Riassumiamo: un confronto di volume tecnicamente corretto tra diverse cuffie è possibile solo se la potenza elettrica erogata è la stessa (parola chiave: livello di pressione sonora caratteristico). In pratica, però, le cuffie mobili da 32 ohm suonano sempre molto più forte delle loro controparti hi-fi da 300 ohm, poiché la loro bassa impedenza a una data tensione di uscita significa che erogano più potenza - e questo è il vero trucco. Per compensare questo effetto e suonare così come le cuffie B a un determinato volume, le cuffie A da 300 ohm del nostro esempio dovrebbero avere un livello di pressione sonora caratteristico di 10 decibel più alto.
Riassumendo: le cuffie hi-fi da 300 ohm suonano sempre più forte delle loro controparti hi-fi.
Per riassumere: le cuffie Hi-Fi, con la loro impedenza della capsula solitamente elevata, richiedono tensioni di uscita dall'amplificatore molto più elevate rispetto alle cuffie mobili a bassa impedenza per ottenere un volume sufficiente. Le cuffie ad alta impedenza sono quindi poco adatte all'uso con smartphone & Co, in quanto questi ultimi non sono in grado di fornire la tensione di uscita richiesta.
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La mia carriera audio è iniziata come tecnico del suono dal vivo per artisti famosi come Franz Josef Degenhardt, Hannes Wader, Lydie Auvray e Abdullah Ibrahim. È stato al banco di missaggio dello studio che ho trovato la mia vera "casa" - come musicista davanti e come ingegnere del suono dietro di essa. Oggi, ho il privilegio di poter vivere entrambe le cose: il tecnico del suono nella padronanza dei supporti sonori e della profondità tecnica, il musicista nella creatività. A Lowbeats sono responsabile dei settori della fedeltà professionale, del digitale e della tecnologia di registrazione.
Curiosità dal mondo dei prodotti, uno sguardo dietro le quinte dei produttori e ritratti di persone interessanti.
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