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Il Disco in Vinile e il suono Analogico

Introduzione

Immagine di esempio di un disco microsolco 45 giri in vinile. Immagine di esempio di un disco microsolco 45 giri in vinile. Immagine di esempio di un disco microsolco 45 giri in vinile.

Immagine di esempio di un disco microsolco 45 giri in vinile.

In un impianto di riproduzione stereo tradizionale (prima dell'avvento del cd e del suono digitale) le fonti di suono sono principalmente tre: Il disco, la radio e il nastro.

Anche il miglior amplificatore, che sia a valvole a mosfet o a transistor Bjt senza una valida fonte di suono non serve a nulla.
Questo paragrafo è dedicato ad una delle fonti di suono analogico per eccellenza: il giradischi.
Sembra anacronistico nel 2014 parlare di giradischi, siamo nell'epoca dei supporti digitali, dei CD dei DVD e dei file mp3.
Tuttavia una popolazione crescente di audiofili torna a preferire il giradischi analogico e i dischi in vinile.
Certo, si tratta di un mercato di fascia alta di cultori del suono e collezionisti che hanno a disposizione un discreto gruzzolo, condizione necessaria per munirsi di giradischi, testina di qualità, preamplificatore phono e tanti dischi in vinile.

Prima dell'avvento del CD il disco in vinile era il sistema più pratico per distribuire il suono.
Era la fonte audio per eccellenza con la radio e il riproduttore di musicassette e di gran lunga quello con la qualità maggiore.
Negli anni è stato migliorato sia come tecnica di produzione che di riproduzione.
Ancora oggi molti audiofili preferiscono questa fonte.
Noi tratteremo l'argomento in generale e nell'ottica della riproduzione soprattutto per quello che riguarda le elettroniche di preamplificazione ed equalizzazione RIAA (Recording Industry Association of America).


Nota esplicativa:

Fonografo: apparecchio inventato da Edison che utilizzava un cilindro rotante come supporto per la registrazione/riproduzione del suono.
Il movimento del cilindro era normalmente ottenuto con un dispositivo meccanico a molla.
Il suono era inciso e riprodotto da una testina avente uno stilo in materiale estremamente duro a contatto con il cilindro rotante.

Grammofono o Giradischi (i due termini sono sinonimi): apparecchio che utilizza come supporto per la registrazione / riproduzione un disco.
Nei primo modelli si trattava di un congegno completamente meccanico, una puntina o stilo in materiale molto duro scorreva sul disco ed era collegata meccanicamente ad una membrana, la poneva in oscillazione e questa trasmetteva il suono ad una tromba che fungeva da amplificatore e diffusore, poi con l'avvento dell'elettronica la testina classica è stata sostituita da un trasduttore (pick-up) con lo scopo di trasformare l'oscillazione dello stilo in segnale elettrico.
Il movimento del disco inizialmente era ottenuto con un congegno a molla simile come funzionamento ad un orologio poi è stato sostituito da un motore elettrico.

In cosa consiste la registrazione del suono su un disco

Un disco da 45 giri microsolco in vinile ingrandito 250 volte Un disco da 45 giri microsolco in vinile ingrandito 250 volte

Un disco da 45 giri microsolco in vinile ingrandito 250 volte con un microscopio ottico.
Si notano le tracce incise con movimento orizzontale.
Si notano anche un certo numero di granelli di polvere e impurità che non mancheranno di produrre qualche "tic" in fase di ascolto.

Lo stesso disco nella foto di sinistra con evidenziati i bordi di un solco e il relativo centro.
Si noti la distanza che separa un solco dall'altro sempre diversa in funzione del segnale impresso che ha deflesso orizzontalmente lo stilo di registrazione.

In fase di registrazione sul supporto sono incise delle onde che hanno lo stesso andamento delle onde sonore che rappresentano.
Per i bassi potremo trovare onde di notevole lunghezza mentre per gli acuti onde molto corte.
In pratica le onde riportate sul supporto seguono l'andamento delle onde sonore originali che le hanno prodotte come si possono anche vedere su un oscilloscopio.
Questo è visibile con un microscopio guardando il supporto inciso.
L'ampiezza di queste onde incise sul supporto determina l'intensità del suono.
Maggiore è l'ampiezza maggiore era il volume del suono che è inciso sul supporto.
L'incisione di un disco viene effettuata partendo dalla periferia del disco e procedendo con una spirale verso il centro.
Nelle prime incisioni (cilindro di Edison e primi dischi) l'onda veniva incisa sfruttando la profondità del solco, poi venne adottata l'incisione sulla superficie laterale del solco (incisione laterale), motivo per cui nelle incisioni i solchi sono esattamente concentrici solo in assenza di segnale registrato, mentre deviano rispetto all'ipotetico centro del solco in funzione dell'intensità del segnale registrato.
Quindi nelle incisioni dei dischi attuali la profondità del solco è costante.

In cosa consiste la registrazione del suono su un disco

Distanza fra tracce adiacenti e massima deviazione della testina, ampiezza dell'incisione e frequenza.
Equalizzazione RIAA (Recording Industry Association of America)

Adottando l'incisione sulla superficie laterale della traccia va da se che la massima deviazione possibile della testina deve essere tale da non invadere le tracce adiacenti, ovvero meno della metà della distanza fra le due tracce adiacenti.
Purtroppo a questo punto sorge un altro problema: a parità di volume del suono registrato la deviazione rispetto al centro della traccia di una frequenza bassa è enormemente maggiore rispetto a quella di un acuto.
Questo per motivi fisici (energia associata alle varie frequenze e inerzia della testina di lettura / scrittura).
Quindi occorreva trovare una soluzione per evitare uno spostamento eccessivo della testina per i suoni bassi.
Altro problema: la rugosità del materiale genera un fruscio spettralmente collocato sulle frequenze alte che si sovrappone al suono inciso.
Questi due problemi sono stati risolti con una particolare equalizzazione che riduce l'ampiezza delle frequenze basse e aumenta invece l'ampiezza delle frequenze alte.
Da una parte si riduce la deviazione della testina sui bassi e dall'altra si aumenta il rapporto segnale / rumore sulle frequenze alte.
Negli apparati attuali questa equalizzazione è stata standardizzata (Recording Industry Association of America).

L'equalizzazione RIAA quindi si rende necessaria per ridurre l'escursione del pick-up di lettura per quello che riguarda le basse frequenze e per aumentare il rapporto segnale/rumore per quello che riguarda le alte frequenze che si sovrappongono al fruscio generato dalla rugosità seppur minima del materiale che funge da supporto fisico per la registrazione (il vinile).
Si attua attenuando le basse frequenze ed esaltando le alte in fase di registrazione e facendo esattamente l'opposto in fase di riproduzione.
In fase di riproduzione si attua in genere con una rete passiva composta da condensatori e resistenze messa sul percorso del segnale dopo il primo preamplificatore in modo da lavorare su un segnale di ampiezza abbastanza alta da ridurre il pericolo di inquinarlo con del rumore.

Normalmente in fase di registrazione gli acuti vengono tagliati a 15Khz che è il limite della macchina che opera tale operazione.
Questo fa si che la banda passante di un disco in genere vada da 50 Hz a 15 Khz.

Qualche informazione sul disco in vinile (dischi prodotti dopo il 1948)

Il materiale attualmente più diffuso per la produzione di dischi è il vinile (PVC o PoliVinilCloruro o cloruro di polivinile), un polimero plastico impiegato ufficialmente per la prima volta nel 1948, nato come evoluzione del disco in gommalacca che a sua volta rappresentava l'evoluzione dei cilindri impiegati inizialmente come supporti per le incisioni audio (fonografo di Edison).
Impropriamente si tende a chiamare vinile l'LP (Long Playing ovvero disco a 33,3 giri/min.) che è un formato di disco prodotto tipicamente in vinile, vinile che tuttavia si presta anche ad altri formati come ad esempio il 45 giri.
I motivi che hanno portato all'impiego del vinile sono principalmente di ordine meccanico, in quanto è molto più resistente della gommalacca (o della cera impiegata sul cilindri del fonografo di Edison) ed ha una rugosità superficiale molto meno accentuata caratteristica che limita di molto il fruscio in fase di riproduzione.
Impiegando il vinile è stato possibile aumentare la densità del dato analogico sul supporto stesso facendo solchi più piccoli e più ravvicinati e adottando una velocità di rotazione del disco minore.
Inoltre è un supporto molto durevole, ancora oggi è possibile ascoltare dischi in vinile che hanno abbondantemente superato il mezzo secolo senza problemi, come se fossero appena usciti dalla fabbrica, cosa che non si potrà dire dei supporti più moderni, primo fra tutti il nastro magnetico, ma anche il CD audio e il DVD.

 

Note di approfondimento:

Gommalacca: è un polimero naturale prodotto da un insetto con una composizione chimica simile a quella dei polimeri sintetici, ed è quindi considerata a tutti gli effetti una plastica naturale di genere termoplastico, ovvero può essere modellata a caldo (al contrario di termoindurente che si indurisce se sottoposta a calore).

PVC: E' una materia plastica sintetica detta anche volgarmente vinile o cloruro di polivinile.
E' una materia plastica di genere termoplastico.

Disco in vinile/gommalacca vs cilindro di Edison (utilizzato nel fonografo): Sostanzialmente il principio di funzionamento è lo stesso, sia il disco che il cilindro ruotano a velocità costante e il pick-up è costituito da una puntina che si inserisce in un solco.
Essendo la qualità della riproduzione legata alla velocità di scorrimento della puntina sul solco i dischi presentano la massima qualità sulle tracce più periferiche e la minor qualità di riproduzione sulle tracce più vicine al centro del disco problema che ovviamente non si presenta con un cilindro.
Il disco è stato scelto non per la migliore qualità della riproduzione ottenibile ma perché più facile da produrre (per stampaggio da una matrice).
Per quello che riguarda la durata della registrazione è solo funzione della velocità di rotazione e della dimensione del supporto ed è indipendente dal mezzo utilizzato.

Tecnica di incisione del disco in vinile nel formato stereo

Il master da cui vengono poi prodotte per stampaggio le varie copie di un disco è realizzato con un particolare tornio che inizia ad incidere dalla periferia verso il centro del disco che ruota a velocità angolare costante (da non confondersi con la velocità periferica che dipende dalla distanza fra la testina e il centro del disco ed è variabile).
Vengono prodotte due matrici per disco e il disco viene stampato da ambedue i lati, il che permette di raddoppiare il tempo della registrazione presente sullo stesso.
Nella versione stereo il solco viene inciso in modo che ciascun fianco corrisponda ad un canale.
L'angolo che separa i due fianchi del solco è di 90°.
Ciascun fianco del solco quindi si discosta dall'asse verticale di 45°.
La testina di lettura è composta concettualmente da due pick-up spostati fra loro di un angolo di 90° e rispetto all'asse verticale di 45°.
Questo sistema non si presta ad una grande separazione fra i canali, quindi soffre di una grande diafonia.
Come è possibile vedere nel disegno a destra, il canale sinistro è inciso nel solco che si trova verso l'interno del disco mentre il canale destro è inciso nel solco che si trova verso il bordo esterno del disco.

Sistema di incisione stereo su disco in vinile

I giradischi moderni: le varie tipologie e le caratteristiche costruttive

Il giradischi è l'apparato preposto alla riproduzione del suono inciso sul disco.
Ce ne sono di diverse qualità e caratteristiche costruttive.
E' costituito dalla base su cui è appoggiato il piatto che ospiterà il disco, dal piatto collegato al motore elettrico che lo fa girare con una cinghia di gomma oppure a trasmissione diretta ovvero collegato meccanicamente sullo stesso asse del piatto.
In qualche raro caso il piatto e il motore coincidono ovvero il piatto è messo in movimento da un campo magnetico rotante e diviene esso stesso il motore.
I giradischi a trazione diretta sono preferiti per alcuni impieghi specifici come per la riproduzione dei dischi in discoteca e per effetti quali lo scratch.
Per tutti gli altri impieghi i giradischi con la trasmissione a cinghia a parità di costo funzionano meglio in quanto è più facile isolare le vibrazioni del motore e tenere lontano dal pick-up una fonte di campi magnetici indesiderati.
E' importante che il campo magnetico del motore non influenzi il pick-up che funzionando sul principio della variazione di un campo magnetico è molto sensibile ai campi magnetici.
Altra cosa importante è che il tutto non generi vibrazione e che sia abbastanza insensibile alle vibrazioni esterne, come quelle generate dalle casse acustiche del diffusore.
I giradischi di buona qualità hanno in genere un peso notevole in quanto il piatto funge anche da volano per stabilizzare la velocità del disco ed ha, quindi, una notevole massa.
Esistono giradischi estremi in cui il piatto viene sorretto da campi magnetici e aria insufflata fra lo stesso e la sua sede sul telaio.
Sono sistemi adatti a isolare il piatto dalle vibrazioni.
Il costo di detti giradischi è proporzionale alla loro complessità.

 

Il giradischi è composto dai seguenti componenti:

Giradischi pioneer 112d Particolare del bloccaggio del braccio di un giradischi

Giradischi a cinghia della pioneer modello PL-112D.
Si tratta di un modello di ottima fattura utilizzato sovente come riferimento.

Particolare della leva di bloccaggio del braccio del giradischi.

Regolazione del pitch e stroboscopio di controllo della velocità del giradischi

Alcuni giradischi hanno la regolazione fine della velocità del piatto detta "pitch", con la possibilità di controllare direttamente la correttezza dell'operazione.
In pratica sulla circonferenza esterna del piatto del giradischi sono ricavati dei tratti verticali a distanza fissa.
Sul telaio è presente una lampada stroboscopica che emette un certo numero di lampi al secondo.
I riferimenti sul piatto sono fatti in modo che illuminati con la luce dello stroboscopio quando la velocità è giusta i riferimenti risultano fermi.
E' un metodo ingegnoso e molto preciso per regolare la velocità.

Regolazione dell'antipattinamento (anti-skating)

Si tratta di un cinematismo che agisce sull'inclinazione rispetto all'asse verticale dell'albero che regge il braccio del giradischi.
Serve per contrastare la forza centrifuga generata dal disco durante la rotazione che agisce sul braccio spingendolo verso la periferia del disco.
E' un leggero precarico sul braccio che lo spinge verso il centro del disco.
In molti giradischi (nei migliori) questa forza è regolabile tramite uno slider o una manopola.

Diverse Tipologie di testine fonografiche (dette anche pick-up) per giradischi

Testina stanton d70e Testina stanton d70e Testina stanton d70e e shure M95ED

La mente umana si e particolarmente sbizzarrita in questo campo creando molteplici soluzioni per lo stesso problema.
Sostanzialmente esistono le seguenti tipologie di pick-up:

Pick-up piezoelettrico: Si sfruttano le caratteristiche di alcuni cristalli di produrre una tensione ai loro capi quando vengono sottoposti ad una pressione.
Hanno una tensione di uscita relativamente alta.
Sono in disuso da anni per via della scarsa qualità per quello che riguarda la risposta in frequenza e la distorsione.

Pick-up MM (Magnete Mobile): lo stilo della testina (la parte che legge fisicamente la traccia sul vinile) è solidale ad un magnete mobile che a sua volta è in prossimità di una bobina che viene attraversata dal flusso magnetico prodotto da questo.
Il magnete muovendosi produce delle variazioni di flusso magnetico e ai capi della bobina si rileva una tensione proporzionale a questa variazione e quindi al movimento dello stilo.
Questi tipo di pick-up produce una tensione abbastanza alta ed ha una complessità tutto sommato accettabile.
E' la tipologia di testina più utilizzata.

Pick-up Moving Iron (MI o a ferro mobile): ha un funzionamento simile a quello del pick-up di una chitarra elettrica.
Un nucleo di materiale ferromagnetico influenza un flusso magnetico prodotto da un magnete fisso.
Tale flusso passa anche attraverso una bobina che produce ai sui capi un segnale elettrico proporzionale alla variazione del campo magnetico.

Pick-up Moving Coil (MC o a bobina mobile): Uguale al pick-up MM come principio di funzionamento, ma in questo caso a muoversi è la bobina invece del magnete.
E' più complesso (a livello di difficoltà costruttiva) rispetto all'MM, produce all'uscita una tensione più bassa (circa 1/10 dell'MM) ma ha una resa sulle alte frequenze migliore.

Come è costruita la testina o fonorivelatore: Definizioni.

Testina di un giradischi con evidenziata la puntina o stilo Puntina o stilo di una testina di giradischi vista al microscopio

Particolare della testina di un giradischi modello Shure M55E.
Si nota a destra la leva di accensione.

Particolare della puntina o stilo in diamante della testina di un giradischi modello Shure M55E vista al microscopio.
Ad occhio nudo è scarsamente visibile.

Puntina o stilo di una testina stanton D70E in ottimo stato per quello che riguarda l'usura. Si tratta di uno stilo in diamante di forma elittica. Stilo di una testina shure rotta. Si notino le particelle nere vicino alla testina, si tratta di vinile asportato dagli spigoli della testina rotta che ha tornito il vinile danneggiando il disco.

Puntina o stilo di una testina stanton D70E in ottimo stato per quello che riguarda l'usura.
Si tratta di uno stilo in diamante di forma elittica.

Stilo di una testina shure rotta.
Si notino le particelle nere vicino alla testina, si tratta di vinile asportato dagli spigoli della testina rotta che ha tornito il vinile danneggiando il disco.

Limiti di progetto dei pick-up più comunemente utilizzati (MM, MC)

In genere più l'equipaggio mobile del pick-up è pesante più è sensibile.
Questo perché ad un maggior peso corrisponde o un magnete più potente o una bobina con maggiore numero di spire.
Tuttavia il peso e quindi l'inerzia dell'equipaggio mobile del pick-up influenzano la banda passante (e la risposta in frequenza) di quest'ultimo che si riduce proporzionalmente all'aumento del peso.
Quindi occorre trovare un compromesso che permetta di avere un peso basso e un segnale in uscita abbastanza alto.
Questi limiti vengono sempre di più superati impiegando tecnologie che permettono di avere magneti per i pick-up MM sempre più potenti a parità di peso e bobine (per pick-up MC) con molte spire di filo sempre più sottile e quindi più leggere.

Considerazioni sulla durata di un disco in vinile

Non è raro ascoltare e godere della buona qualità di un disco in vinile che 50 anni.
Questo fa del supporto in vinile di gran lunga il più longevo.
La tecnologia con cui è prodotto e quella necessaria alla riproduzione sono poco sofisticate e facilmente replicabili.
Per contro il CD ha una durata nettamente inferiore, richiede una tecnologia molto più sofisticata per poter essere ascoltato e ancora peggio le memorie di massa e i file mp3 che risentono dell'obsolescenza della tecnologia necessaria alla riproduzione.
Morale della favola: se fra 50 anni volete ascoltare un disco in vinile potrete ancora farlo, la stessa cosa probabilmente non sarà possibile per un CD un DVD o un file mp3.

Possibili danni e imperfezioni più comuni dei dischi in vinile

Danni fisici alla superficie del disco: si tratta in genere di graffi prodotti accidentalmente dalla puntina del giradischi per uno scorretto uso dello stesso.

Sporcizia:è il più comune dei problemi, principalmente depositi di polvere e grasso (delle dita delle mani).
In genere basta lavare il disco con un comune sgrassante per piatti strofinandolo leggermente, in acqua tiepida.

Usura del disco:é abbastanza rara, se correttamente utilizzato un disco per consumarsi deve essere ascoltato centinaia di volte.

Tracce abrase:é dovuto ad un difetto della puntina (stilo) consumato che forma degli angoli vivi sulla sua superficie ed incide all'interno del solco asportando materiale.
Questo difetto non è recuperabile.

Mancanza di planarità del disco:succede quando il disco viene sottoposto a temperature elevate per molto tempo, caso classico lasciarlo in auto durante una giornata di sole.
E' un difetto che non incide molto sull'ascolto, quando l'ondulazione è ridotta a pochi millimetri.
Il difetto viene recuperato da un buon giradischi che si adatta.
Quando non si ha un buon giradischi è possibile che vi siano dei salti di traccia che poi finiscano per danneggiare meccanicamente il disco in modo irrecuperabile.
Esistono in commercio dei pesi da applicare al disco allo scopo di pressarlo sul piatto, ma hanno una scarsa efficacia e si rischia di sovraccaricare il piatto.
In passato c'erano anche dei piatti che avevano delle guarnizioni di tenuta e veniva aspirata l'aria sotto il disco "pressandolo" sul piatto, ma sono andati in disuso per l'eccessiva complicazione a fronte di risultati non sempre soddisfacenti.

Comparazione fra le varie tipologie di disco in vinile

Diametro Pollici

Diametro in cm

Velocità (giri)

Denominazione comune

Durata massima per facciata

Impiego

16

40

33,3

Cinema (colonne sonore dei film) e programmi radio.

45

Cinema e radiodiffusione

12

29,9

33,3

Long Playing (LP) o 33 giri

30

Musica

12

29,9

45/33,3

Maxi Single, Mix, EP, 12"

15

Musica

12

29,9

16,6

LLP

60

Solo Parlato

10

25,4

45/33,3

10" o EP 10"

15

Musica

10

25,4

78,26

78 giri o Single-playng (SP)

3

Musica

7

17,8

45/33,3

EP 7"

5/7

Musica

7

17,8

45

Singolo, 45giri, 7"

3

Musica

Note esplicative:

  • EP è l'acronimo di Extended Play ed è un disco in vinile, la cui durata è superiore a un singolo e inferiore a un album, e che contiene in genere 4 brani musicali.

  • SP è l'acronimo di Single-playng

  • LLP è l'acronimo di Long Long Playing

 

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