GRAMMOFONO

GRAMMOFONO (dal gr. γράμμα "lettera" e ϕονή "suono",)

La voce grammofono è stata creata da E. Berliner, dopo le voci fonografo (Edison) e grafofono (Graham Bell e C. S. Tainter). Comunemente, sotto il nome di fonografo o di grammofono (marchio depositato) si comprendono tutti gli apparecchi per riproduzione acustica su disco, siano essi a incisione e riproduzione meccanica o elettromagnetica.

Cenni Storici. - La prima registrazione meccanica del suono risale al 1857, quando Scott costruì il suo fonautografo. Questo strumento (fig.1), consisteva essenzialmente in un imbuto A, al fondo del quale era disposta una membrana, e in un sistema a leve, l, il quale, trasformate le oscillazioni longitudinali della membrana in vibrazioni trasversali, le trasmetteva a una punta che, strisciando sopra un cilindro C ricoperto di carta cosparsa di nerofumo, registrava le vibrazioni sonore, grazie a un movimento rotatorio e traslatorio del cilindro. Non si trattava che di semplice trascrizione del suono e mancava la riproduzione audibile. Il primo a ottenere la registrazione e la riproduzione acustica audibile fu T. A. Edison, che nel 1876 costruì il suo fonografo, brevettato nel gennaio dell'anno successivo. Tale apparecchio (figura 2) riproduceva in certo modo il fonautografo dello Scott, con due differenze sostanziali: la carta al nerofumo era sostituita con un foglio di stagnole la punta di registrazione, azionata direttamente dalla membrana, senza sistema di leve, incideva un solco più o meno profondo nella stagnola, registrando così il suono in senso normale all'asse del cilindro, anziché in senso parallelo, come nel caso precedente. Finita la registrazione, il cilindro veniva riportato nella posizione primitiva e la punta, ripercorrendo il solco, trasmetteva alla membrana una serie di vibrazioni che riproducevano approssimativamente il suono originale. Nel 1887 il Berliner perfezionò ancora il sistema, adottando per il suo grammofono un disco in sostituzione del cilindro (fig. 3). Utilizzò dapprima un disco di vetro ricoperto di vernice o d'inchiostro grasso, in cui la punta tracciava il solco orizzontale a spirale sinuosa. Passò poi al disco a incisione diretta, adoperando dischi di metallo (zinco) ricoperti di un sottile strato di sostanza molle inattaccabile agli acidi, per lo più cera sciolta in benzina; per incisione chimiea otteneva poi il solco sul metallo. Ma l'incisione risultava assai primitiva e imperfetta. Solo nel 1897 il Berliner passò all'incisione diretta sul disco di cera (v. appresso).

Qualche tempo dopo Graham Bell e Tainter, costruendo il loro grafofono, perfezionarono l'idea dell'Edison adottando il sistema dell'incisione in senso trasversale anziché in profondità. Per molti anni si continuò a usare il cilindro, ma la mancanza di rapporto di linearità fra la forza sollecitante la punta d'incisione e l'ampiezza della traccia, indusse ad adottare mezzi tali che, alla riproduzione, le vibrazioni del diaframma risultassero effettivamente controllate dalla sola traccia d'incisione e non dipendessero sempre, come avveniva allora, dall'elasticità propria del diaframma. Tali importanti perfezionamenti vennero realizzati dal Berliner. In un primo tempo egli pensò di riprodurre, come lo Scott, la variazione di pressione acustica sopra un cilindro di carta annerita con nerofumo, in registrazione trasversale. Questa registrazione veniva poi riprodotta in modo meecanico o per azione chimica sopra una lastra di materiale resistente, ottenendo così una registrazione permanente. La lastra veniva quindi disposta sopra un tamburo, come nel fonografo Edison, salva la differenza del sistema di incisione. Idea analoga era stata presentata, undici anni prima, da Ch. Cros, all'Accademia delle scienze; ma la proposta non aveva avuto attuazione.

L'uso dei cilindri di cera o di materiale simile è oggi quasi totalmente scomparso e solo è rimasto in uso per le macchine da dettare. I dischi attuali sono nella loro quasi totalità incisi col sistema trasversale e solo in questi ultimi tempi sono stati compiuti studî per perfezionare l'incisione in profondità. Altri perfezionamenti essenziali si ebbero con l'applicazione del movimento meccanico nella registrazione (1896) e nella riproduzione. I motori a molla furono applicati verso il 1898. Anche i diaframmi vennero perfezionati: la membrana venne sostituita con sottili lamine di celluloide, di mica o di metallo. I primi grammofoni a scatola fecero la loro apparizione nel 1905.

Dapprima a ogni diaframma riproduttore erano applicati dei tubi flessibili che conducevano il suono agli orecchi di un numero molto limitato di ascoltatori; più tardi si applicò al diaframma di riproduzione l'imbuto o tromba (fig. 4), che, amplificando il suono prodotto dalla membrana vibrante, permette l'audizione libera a molti. La tecnica dell'incisione e della riproduzione del suono ha fatto progressi enormi: nel campo dell'incisione si è giunti (v. appresso) all'incisione elettromagnetica. Per la riproduzione con diaframma meccanico i progressi più importanti si ebbero nella più accurata scelta del materiale costituente la membrana (lamine metalliche sottili, a superficie curva, lamine di mica, ecc.), nelle punte di riproduzione e infine nella forma dell'imbuto. L'imbuto ha sempre rappresentato uno dei punti deboli della riproduzione acustica, a causa della presenza di zone di risonanza.

Prima dell'applicazione della riproduzione elettromagnetica con amplificatori e altoparlanti furono fatti varî tentativi per accrescere il volume acustico. Uno dei più caratteristici è quello rappresentato dal triplephone, della Gramophone Co. di Londra (fig. 5), costruito nel 1904. Si tratta, in complesso, dell'accoppiamento di tre grammofoni; il sistema, però, presentava gravi difficoltà per mantenere i tre dischi in perfetto sincronismo.

I dischi. - Il processo di fabbricazione dei dischi è schematicamente il seguente: il disco di cera inciso viene spalmato con materiale conduttore dell'elettricità (grafite finissima o, meglio, una soluzione di sali metallici conduttori). Questo materiale deve penetrare perfettamente in tutti i solchi, depositarsi con spessore uguale in ogni punto, ed essere di una omogeneità perfetta. Si sottopone quindi la cera al bagno galvanico, col quale si ricava una prima matrice negativa dell'incisione. Poiché la cera va perduta in questa operazione, la matrice rappresenta ora la registrazione, e deve essere conservata. Si ricava allora dalla matrice un primo disco positivo, che serve a sua volta alla preparazione della matrice negativa, dalla quale si ottengono poi per stampaggio a pressione, i dischi definitivi.

Il materiale dei dischi è in generale costituito da schellack (gomma lacca) con aggiunta di materie coloranti o altro. La composizione dei dischi è spesso un segreto delle case costruttrici. Si costruiscono oggi anche dischi di sostanze speciali, fibra, ebanite, e persino di cartoncino. I risultati però non sono molto soddisfacenti. Di recente la R. C. A. Victor ha deciso di costruire i suoi dischi con un nuovo materiale detto vinylite, una resina avente qualità speciali di tenacità, flessibilità, finezza e assenza di contrazione alla pressatura, le quali consentono una riproduzione assai esatta dei suoni, senza rumore di fondo apprezzabile. Questi dischi dovrebbero avere durata tripla degli attuali.

I dischi per riproduzione immediata sono costituiti da materiali abbastanza teneri per essere incisi; subito dopo l'incisione vengono sottoposti a un processo d'indurimento (per lo più termico). Uno dei principali inconvenienti consiste nelle deformazioni che si possono produrre durante il processo d'indurimento e che possono essere causa di distorsioni acustiche alla riproduzione. Tuttavia la tecnica odierna ha fatto anche in questo campo notevoli progressi. In Germania si hanno i dischi della Steatit-Magnesia e il protograph della Siemens.

Il protograph ha l'aspetto di un normale radiogrammofono, ma è munito di motore assolutamente sincrono (2500 watt), possiede un pick-up (v. appresso) di registrazione a punta di zaffiro e un amplificatore di 2 watt. Anziché incidere le focacce di cera, incide dischi speciali di gelatina, che possono essere immediatamente usati per l'audizione. È anche possibile usare il disco inciso come matrice per la riproduzione di altri dischi. Tuttavia ciò non è sempre necessario, perché il disco di gelatina può essere usato un centinaio di volte senza che esso dia segni di consumo.

Questo apparecchio è stato specialmente ideato come impianto ausiliario per la registrazione fotoacustica nei teatri da ripresa cinematografica. Eseguendo infatti al tempo stesso la registrazione fotoacustica e la registrazione grammofonica sincrona, è possibile conoscere immediatamente l'effetto della ripresa, senza bisogno di attendere lo sviluppo delle colonne sonore.

È poi ancora da ricordare il recentissimo sistema di autoincisione brevettato dalla fabbrica berlinese Dralowid Werk. Il disco di autoincisione, detto draloton, è formato da una lastra di metallo del diametro di 25 cm. sulle due facce della quale è spalmata una speciale sostanza tenera di composizione segreta. Tale disco viene posto sopra il piatto di un qualsiasi radiogrammofono e, col concorso di un piccolo apparecchio aggiuntivo a ingranaggi e vite senza fine (recorder) necessario per ottenere lo spostamento a spirale della punta, si ottiene l'incisione mediante un buon pick-up, utilizzando l'amplificazione di bassa frequenza dell'apparecchio radio. Dopo essere stato così inciso, il disco viene sottoposto a un trattamento termico speciale detto sviluppo, e che rende durissima la sostanza che ricopre il disco. La potenza acustica di questi dischi è analoga a quella dei dischi normali e la loro durata si aggira sulle duecento audizioni. Il disco vergine draloton può essere adoperato, senza bisogno di altri apparecchi sussidiarî, per la copia di dischi sonori e per la presa di trasmissioni radiofoniche; occorre naturalmente un microfono per l'incisione diretta della voce o della musica.

L'incisione. - La direttrice dell'incisione sul disco è una spirale d'Archimede, ottenuta dalla composizione del moto rotatorio del disco con quello costante di traslazione del piatto porta dischi o della punta di registrazione. Anche per quanto riguarda la velocità di rotazione del disco, si hanno due sistemi: a) sistemi a velocità angolare costante e b) sistemi a velocità angolare variabile. Il primo è oggi universalmente adottato, benché il secondo offra indiscutibili vantaggi teorici. Nei sistemi a velocità angolare costante la velocità lineare di registrazione varia continuamente, da un minimo per le spire più prossime al centro del disco, a un massimo per le spire situate alla periferia. Le condizioni d'incisione non sono perciò costanti, ma variano da punto a punto, facendo così variare tutto il complesso della registrazione acustica. In pratica ciò non ha grande importanza, perché, dando al disco di riproduzione la stessa velocità angolare del disco d'incisione, le condizioni di riproduzione si ripetono per ogni punto del disco in modo identico. Se nei sistemi a velocità angolare variabile si dispongono le cose in modo che tale velocità risulti in ogni istante inversamente proporzionale al raggio della spira, si ha una registrazione a velocità lineare costante, vale a dire che in essa le condizioni d'incisione sono costanti. Ciò presenta ancora altri vantaggi: possibilità di scelta di una velocità lineare più adatta per la bontà dell'incisione; possibilità di ottenere dischi di durata assai più lunga, scegliendo come velocità lineare costante quella minima delle spire interne. L'applicazione di questo sistema è stata anche studiata accuratamente in Italia dal costruttore N. Magnifico, ma non ha ancora avuto pratica diffusione.

La velocità lineare d'incisione ha importanza tanto per la bontà della registrazione, quanto per la durata del disco, a parità di dimensioni. Le basse velocità sono favorevoli alle basse frequenze, le alte velocità alle alte frequenze. Occorre quindi attenersi a una velocità angolare tale che le velocità lineari ottenute fra il minimo (spire interne) e il massimo (spire esterne) permettano uha buona riproduzione.

Il problema della velocità lineare d'incisione è collegato a quello dei limiti di frequenza. Per le basse frequenze, inferiori a 250 periodi al secondo, se si vuole mantenere costante l'energia acustica è necessario accrescere il valore dell'ampiezza. Ma in tal caso si rischia di far sovrapporre le incisioni di due spire successive. Cosicché, per frequenze inferiori a 250, l'incisione grammofonica non è più proporzionale all'energia acustica, ma viene fatta con ampiezza costante. Ciò equivale a dire che i toni bassi sono incisi con ampiezza relativamente minore, ma ciò è in parte compensato con opportuni accorgimenti nel dispositivo di riproduzione. In taluni casi è bene rinunciare a una completa compensazione perché i suoni bassi, con le loro grandi ampiezze, se l'apparecchio è munito di amplificatore a lampada, sovraccaricano queste eccessivamente.

Teoricamente il limite di frequenza per la trascrizione grammofonica è infinito; basta scegliere la velocità di rotazione del disco in modo da render possibile la registrazione anche alle alte frequenze. In pratica, però, bisogna mantenersi entro limiti definiti, perché non si può far uso di dischi eccessivamente grandi e bisogna che un disco contenga la trascrizione per un certo periodo, abbastanza lungo, di riproduzione. Mantenendo costante, come si fa, la velocità angolare del disco, la velocità minima si avrà al centro. Per un disco che faccia 78 giri al minuto questa velocità è di circa 40 cm/sec. Con questa velocità la trascrizione di una semionda di frequenza 7000 è di mm. 0,03, quella di una semionda di frequenza 10.000 è di mm. o,021. Se si pensa che il diametro della punta di riproduzione è di mm. 0, 13 si vede che a queste altissime frequenze la punta avrà difficoltà a seguire perfettamente le sinuosità dell'incisione. È questa la causa per cui la riproduzione grammofonica presenta sempre una forte caduta d'intensità nella riproduzione delle alte frequenze.

Organi d'incisione. - Il difetto principale dell'apparecchio d'incisione meccanico è di esser poco sensibile, vale a dire di richiedere pressioni acustiche relativamente elevate per iniziare il proprio lavoro. Esso ha cioè un'inerzia eccessiva. Per quanto si fosse tentato di accrescere il limite di sensibilità, non si era riusciti a scendere al disotto di un determinato valore, al disotto del quale l'incisione restava nulla o per lo meno imperfetta, non essendo possibile di amplificare le vibrazioni della membrana e con essa quelle della punta d'incisione. E si procedette nel modo seguente: la voce, anziché agire direttamente sulla membrana cui è unita la punta d'incisione, agisce sopra un microfono le cui correnti microfoniche fonofrequenti vengono condotte a un sistema di amplificazione a valvole termoioniche, le cui correnti amplificate agiscono a loro volta sull'organo d'incisione, che è un organo elettromagnetico. Con questo ripiego è possibile accrescere enormemente la sensibilità del sistema, specialmente se si-adoperano, come si fa in America, microfoni a condensatore.

In questo tipo di microfoni l'armatura ricevitrice delle pressioni acustiche consta di una lamina sottilissima di metallo, il cui spessore non supera i due millesimi di millimetro. Quando questa sottilissima membrana si piega sotto le pressioni acustiche, la capacità elettrica del sistema, che dipende dalla distanza delle armature, varia seguendo il ritmo delle pressioni. Si è calcolato che uno spostamento di soli due decimilionesimi di millimetro è sufficiente a produrre un' oscillazione di corrente microfonica capace di essere amplificata. Taluni autori ritengono che una tale sensibilità sia persino eccessiva e talvolta dannosa a causa della difficoltà di eliminare i rumori parassitarî. È però da ricordare (e questo vale non solo per la registrazione grammofonica, ma per ogni specie di registrazione), che i suoni fondamentali contengono delle armoniche (per lo più di ottava) che dànno al suono stesso il timbro caratteristico. Ora queste armoniche sono d'intensità molto esigua in confronto a quella del suono principale; per una buona riproduzione è dunque necessario che i sistemi di registrazione siano tali da amplificare e riprodurre anche queste armoniche. Di qui la necessità di una grande sensibilità.

I pick-up di registrazione constano essenzialmente di un elettromagnete, eccitato dalle correnti microfoniche amplificate, alla cui ancora è applicata la punta di registrazione, che, normalmente, è di zaffiro o di diamante. L'ancora è convenientemente ripartita e costruita sì da evitare con cura le correnti parassite di Foucault, che possono essere causa di gravi difetti di registrazione. La forma della punta di registrazione, che si può vedere dalla fig. 6 (m₂), è spesso oggetto di segreto di fabbricazione per parte delle case costruttrici.

La teoria del pick-up di registrazione, che collima con quella delle masse oscillanti con moto pendolare, e dalla quale si deducono gli elementi costruttivi degli strumenti, è abbastanza complessa. L'incisione di un solco a vuoto, vale a dire di un solco nel quale non si hanno ondulazioni acustiche, richiede un certo lavoro meccanico simile a quello fatto dalla punta dell'utensile di un tornio. Ma nell'incisione grammofonica, oltre al moto di avanzamento, si ha anche un moto oscillatorio laterale, prodotto dalle vibrazioni acustiche, talché si può pensare che, oltre al lavoro d'incisione nel senso longitudinale, vi sia da aggiungere quello d'incisione laterale. Ciò non è vero che in parte, dato che la punta d'incisione è sagomata in modo che i suoi fianchi procedono nel solco già scavato dalla parte anteriore, anche durante gli spostamenti laterali. I fianchi della punta penetrano nella massa di cera soltanto quando la velocità laterale della punta stessa è molto elevata; in tal caso la sinusoide del solco è molto ripida, e la riproduzione non sarebbe praticamente possibile. L'azione della cera si riduce quindi a una specie di smorzamento che coadiuva gli organi speciali del diaframma, sia d'incisione sia di riproduzione, ad evitare, gli effetti di risonanza proprî dei pick-up stessi. La fig. 6 rappresenta lo schema di un moderno organo di registrazione con i varî elementi di compensazione. In tale figura si vede in a l'elettromagnete propriamente detto, eccitato, come si disse, dalle correnti microfoniche fonofrequenti amplificate. L'ancora m₁ dell'elettromagnete non è rigida, ma è molleggiante nel campo magnetico. In m₂ si ha la punta di registrazione, che è unita all'ancora per mezzo di un sistema elastico. Le vibrazioni della punta sono poi smorzate per mezzo di una molla che finisce entro un tubo di gomma Z_c, che, nella figura, è ad un solo strato, ma che in pratica è costituito da più strati concentrici di gomma. Scopo di tutti questi dispositivi, le cui masse e i cui momenti elastici devono essere rigorosamente calcolati, è di smorzare tutte le oscillazioni proprie del sistema vibrante, per permettere alla punta di registrare esclusivamente le vibrazioni impartitele dalle variazioni delle correnti microfoniche.

Il problema generale della costruzione del diaframma d'incisione si riduce a quello della realizzazione di uno strumento che presenti assoluta indipendenza nelle frequenze. Le vie seguite sono state due: 1. ridurre lo strumento alla massima semplicità (punta e ancora magnetica), evitando ogni aggiunta di elementi accessorî che per effetto del loro peso o della loro elasticità potessero dar luogo a distorsioni per inerzia o vibrazione propria; 2. smorzare, mediante elementi elastici opportunamente scelti, le vibrazioni proprie del sistema, in modo da permettere alla punta di registrazione di seguire esclusivamente le sollecitazioni elettroacustiche. Nel primo caso il diaframma ha la forma rappresentata schematicamente nella fig. 7. La punta di zaffiro o di diamante S è applicata a una linguetta metallica Z, fissata in a all'ancora posta fra i poli d'un magnete NS. La linguetta è disposta nell'avvolgimento, il percorso dalle correnti sono frequenti: in tal modo, a seconda del senso e dell'intensità ili tali correnti, la linguetta Z, e quindi anche la punta S, viene sollecitata verso destra o verso sinistra oscillando negli spazî b del mezzo dell'ancora. Il peso della linguetta, la quale ha pure una frequenza elastica propria, è un elemento svantaggioso, che deve esser tenuto quanto più piccolo sia possibile. La fig. 8 rappresenta un diaframma di questo tipo, costruito dalla A. E. G. Nel secondo caso il diaframma ha la forma rappresentata daila fig. 6, che è stata già descritta in precedenza.

L'effetto della risonanza del sistema registratore è chiaramente indicato nel diagramma della fig. 9. Dopo una certa banda di frequenze per la quale la registrazione non è affetta da errore, si ha una frequenza f₀, a partire dalla quale entra in funzione la risonanza del sistema: per effetto di questa le ampiezze della registrazione risultano assai superiori al normale. Dopo il punto di risonanza massima f₀, le ampiezze decrescono rapidamente (press'a poco in ragione 1/f^e).

Per eliminare gli effetti di risonanza dovuti alle vibrazioni proprie del sistema, si seguono tre vie: 1. scelta delle dimensioni del sistema oscillante in modo che la risonanza si trovi al di sopra della banda di frequenza da riprodurre, e che possa essere eliminata mediante filtri elettroacustici applicati agli amplificatori; 2. applicazione, in un punto adatto dell'amplificatore, di un semplice circuito oscillante, composto di resistenza, capacità e autoinduzione, in modo da produrre una distorsione tale da compensare la risonanza meccanica; 3. smorzamento meccanico della risonanza. È questo il sistema più semplice e più facile. Si usa in generale gomma, o sotto forma di una sottile lamina attraverso la quale è applicata la punta d'incisione, ovvero sotto forma d' involucri di gomma disposti attorno all'estremità del braccio porta-punta.

Negli apparecchi d'incisione molto leggieri (pietre e ancora di piccole dimensioni), lo smorzamento prodotto dalla cera è già sufficiente a eliminare gli effetti di risonanza. Nella registrazione grammofonica moderna, le ampiezze delle oscillazioni del solco debbono essere tanto minori, quanto maggiore è la frequenza, e ciò perché, usando diaframmi di riproduzione elettromagnetici o elettrodinamici, dato che questi reagiscono alla variazione di flusso magnetico, si ha una maggiore amplificazione per le alte frequenze che non per le basse.

La registrazione viene eseguita, come si è detto, sopra una massa di una miscela di cera o di grassi con l'aggiunta di speciali sostanze. Prima dell'uso la focaccia di cera viene perfettamente levigata e riscaldata fra i 30° e i 50° C, per diminuire il lavoro d'incisione. Il materiale d'incisione dev'essere assolutamente omogeneo per presentare sempre e in ogni punto la stessa resistenza. Il piatto portadischi d'incisione deve ruotare con velocità assolutamente costante, perché l'orecchio umano, non troppo sensibile alle variazioni di ampiezza (variazioni da 1 a 2 sono difficilmente percepibili) è sensibilissimo a quelle di frequenza. Per ottenere la necessaria costanza, oltre all'impiego di motori a velocità costante, si usano anche filtri meccanici e smorzatori delle oscillazioni.

Le velocità di rotazione dei dischi oggi universalmente adottate sono due: 78 giri al minuto per la semplice grammofonia; 33 giri e ¹/₃ al minuto per la grammofonia applicata alla cinematografia sonora. L'incisione ha luogo dall'esterno verso l'interno per i dischi grammofonici normali, e dall'interno verso l'esterno per i dischi per cinematografia sonora. Il motivo di questa differenza è dovuto al fatto che, nei dischi cinematografici, assai più grandi e di maggior durata dei dischi normali, la punta di riproduzione può presentare verso la fine un forte arrotondamento per consumo; è bene che il solco, anche alle alte frequenze, non presenti curve troppo strette; questa condizione si verifica per le spire esterne assai più che per le interne, data anche la grande differenza di diametro delle spire stesse. Di qui la convenienza che la punta alquanto consumata percorra le spire esterne e non le interne.

La distanza fra due spire successive varia da o,25 a o,30 mm. (fig. 10). La larghezza del solco è di circa 0, 12-0, 15 mm.; l'estremità della punta di riproduzione è grossa circa 0, 10 mm., per le oscillazioni laterali restano ancora circa 0, 12 mm. per evitare che l'oscillazione di un solco possa andare a cadere sul solco limitrofo (figg. 11 e 12). La forma del profilo del solco d'incisione varia a seconda dei sistemi usati. Il fondo può essere curvo, piano o ad angolo (fig. 13). Al primo gruppo appartengono i sistemi: Ultraphon, Tri-Ergon e Grammophone; al secondo appartengono quasi tutti i sistemi americani; al terzo i dischi Columbia e Artiphon.

L'incisione dei dischi viene effettuata in locali espressamente attrezzati e nei quali l'acustica ambientale è stata studiata e corretta con grandissima cura. Gli effetti di riverberazione debbono essere accuratamente individuati e dosati; la posizione dei microfoni, dei cantanti, dei cori, dei varî gruppi orchestrali sapientemente scelta, in modo da ottenere i migliori risultati possibili. I locali debbono essere perfettamente isolati dai rumori esterni. Gli strumenti registratori (fig. 14) sono spesso situati nel sottosuolo, tanto per tenerli lontani da eventuali vibrazioni, quanto per assicurare all'ambiente ove essi si trovano una temperatura costante.

Rendimento di frequenza. - Il rendimento delle varie frequenze non è costante: la fig. 15 rappresenta l'andamento di questo rendimento per un grammofono normale. Tuttavia, nei dischi moderni, incisi elettricamente, l'incisione stessa è già stata in buona parte compensata, sì che la resa presenta cadute meno imponenti. D'altra parte la questione dei rendimenti delle varie frequenze affetta non solo i diaframmi di registrazione, ma la punta d'incisione, il diaframma riproduttore, gli amplificatori di riproduzione e gli altoparlanti. Le correzioni possono essere perciò effettuate fra i varî elementi mediante compensazione, meccanica o elettrica.

La riproduzione. Diaframmi meccanici. Gli attuali diaframmi meccanici per riproduzione consistono essenzialmente in un leggiero disco, per lo più una sottile lamina metallica, sostenuto ai bordi da piccoli cilindri cavi di gomma. Il fulcro della leva che unisce il centro del diaframma con la punta dell'ago è formato da un sottile prisma a coltello; il moto della leva è controllato da leggerissime molle di compensazione (fig. 16).

Punte di riproduzione. - Sono generalmente di acciaio. Nei sistemi a incisione in profondità (sistema Edison) si usarono anche le punte di zaffiro (Pathé). La punta dev'essere scelta a seconda della forma che ha la sezione del solco (v. sopra). L'estremità della punta dovrà essere più o meno acuta a seconda di questa forma. Il diametro della punta influisce sulla intensità della riproduzione: le punte più grosse dànno una riproduzione più forte, essenzialmente perché, essendo prive di elasticità, trasmettono più integralmente le oscillazioni del solco all'organo riproduttore.

Si hanno anche punte ritemperabili di fibra e punte al tungsteno (fig. 17). Queste ultime sono costituite da un involucro esterno di ferro dolce, attraverso al quale passa un sottile filo di acciaio al tungsteno. Sono di durata maggiore ed evitano l'effetto di pressione sul fianco dei solchi, che si verifica quando la punta ordinaria è consumata. Nella riproduzione elettromagnetica l'involucro di ferro dolce è vantaggioso rispetto all'acciaio delle punte normali (mancanza d'isteresi).

La riproduzione grammofonica è sempre più o meno accompagnata dal fruscio della punta, dovuto all'attrito meccanico della punta contro il fondo e i bordi del solco. Esso non è totalmente eliminabile perché il fruscio è situato nelle bande acustiche di alta frequenza, cosicché i filtri che eliminassero totalmente il fruscio eliminerebbero per conseguenza, almeno in parte, anche le alte frequenze. Si possono usare filtri elettrici capaci di eliminare solo le più alte frequenze, p. es., fra i 6000 e gli 8000 cicli; il fruscio può essere così abbassato senza danneggiare la riproduzione acustica.

L'imbuto o tromba. - Ebbe dapprima la forma di un comune cono, all'estremità stretta del quale era applicato il diaframma riproduttore. Tale sistema era insufficiente per i gravi effetti di risonanza e per la diversità di comportamento delle diverse bande di frequenza. Il suono complessivo risultava deformato, specie nel timbro. La tromba, che era anche causa di distorsioni non indifferenti, era ingombrante e fu eliminata, sì che l'organo diffusore, a partire dal 1910, fu situato nell'interno della scatola porta-apparecchio.

Fra i molti tipi di diffusore del suono va ricordato il dif. fusore a ventaglio, ideato dal Lumière (figure 18 e 19). Ma il massimo progresso in questo campo venne ottenuto con l'adozione dell'imbuto ortofonico o esponenziale. Questi imbuti, largamente applicati in radiofonia e in cinematografia sonora, presentano la caratteristica che le sezioni variano con legge esponenziale e che le varie bande di frequenze vengono emesse senza deformazioni.

La fig. 20 rappresenta un tipo di tromba esponenziale rientrante, applicata ad apparecchi molto diffusi. Il suono percorre la doppia tromba in senso inverso sino ad uscire dalle grandi aperture superiore e inferiore.

Pick-up di riproduzione. - L'organo elettrico per la riproduzione grammofonica (pick-up di riproduzione) non differisce sostanzialmente, in principio, dall'organo d'incisione. Si hanno pick-up elettromagnetici ed elettrostatici (questi ultimi basati sugli stessi principî dei microfoni a condensatore). Il diaframma elettromagnetico è l'organo mediante il quale le registrazioni acustiche contenute nell'incisione sul disco nei sistemi di registrazione grammofonica, vengono trasformate in variazioni di corrente elettrica e quindi, debitamente amplificate, condotte all'altoparlante per la riproduzione sonora. Il difetto principale del diaframma meccanico consiste nel fatto che dev 'essere meccanicamente collegato con l'organo di diffusione del suono (membrana). Altro gravissimo inconveniente è che la potenza sonora dei sistemi puramente meccanici è assai limitata e assolutamente insufficiente. È vero che questa potenza può essere accresciuta con l'uso di punte adatte; ma ogni punta possedendo elasticità diverse, ne deriva che spesso talune di esse possono dar luogo a distorsioni o a inuguaglianze di rendimento. Bisogna poi aggiungere che l'uso dei diaframmi meccanici esclude ogni possibilità di compensazione degli errori, compensazione possibile invece coi sistemi elettromagnetici mediante opportuna scelta degli elementi amplificatori.

Il pick-up è costituito da una calamita permanente avente due espansioni polari, tra le quali si trova una bobina collegata con un'ancora portante la puma di riproduzione. Allo stato di riposo l'ancora si trova nella posizione mediana fra i due poli della calamita, e gli spazî intercorrenti fra la bobina e queste espansioni sono uguali dalle due parti. Se, per effetto dell'azione di guida esercitata dal solco del disco sulla punta, questa si sposta, si sposteranno anche l'ancora e la bobina e in questa si formeranno delle correnti indotte, di frequenza uguale alla frequenza degli spostamenti e d' intensità proporzionale all'ampiezza di questi. Queste correnti, amplificate, vengono poi condotte all'altoparlante.

Gli elementi che influiscono sull'ordine di grandezza delle forze elettromotrici generate nella bobina per effetto degli spostamenti dell'ancora sono: 1. la grandezza dell'ancora; 2. l'ampiezza degli spostamenti; 3. la forza del magnete permanente; 4. il numero delle spire della bobina. A prima vista si potrebbe credere che basti accrescere le dimensioni di questi elementi per avere forti correnti fonofrequenti, ma uno studio più accurato prova che detti elementi contrastano talvolta fra di loro, ponendo limiti oltre i quali non ci si può spingere. Un aumento delle dimensioni dell'ancora oltre certi limiti, piuttosto bassi, non è possibile perché esso porterebbe con sé una diminuzione del limite inferiore del periodo di vibrazione propria del sistema, producendo dannosi effetti di risonanza. Circa l'ampiezza degli spostamenti, essi sono limitati da motivi d'ordine acustico, dalla necessità di tenere quanto più è possibile vicini due solchi consecutivi del disco per dare a questo una maggior durata, nonché da motivi d'ordine meccanico analoghi a quelli indicati per le dimensioni dell'ancora. Inoltre, oscillazioni maggiori richiedono spazî laterali maggiori fra bobina ed espansioni polari, il che produce una diminuzione della forza elettromotrice indotta nell'avvolgimento della bobina.

L'aumento della potenza della calamita permanente richiede un aumento delle dimensioni di quest'ultima e perciò un aumento dell'ingombro e del peso del pick-up, il che è dannoso sotto parecchi punti di vista. D'altra parte un eccesso di densità delle linee di forza, tale cioè che l'ancora venga a trovarsi magneticamente satura anche dopo un breve spostamento, ha per conseguenza che ogni ulteriore spostamento dell'ancora non produce nessun aumento ulteriore di forza elettromotrice. Grandissima importanza ha la scelta del materiale nella fabbricazione della calamita, perché i diversi tipi di acciaio si comportano assai differentemente per quanto si riferisce alla rimanenza e alla forza coercitiva. Infine anche l'aumento, oltre certi limiti, del numero delle spire della bobina non è possibile, dato che in questa deve passare una corrente alternativa fonofrequente, con effetti d'autoinduzione, che, come si sa, offrono al passaggio della corrente alternata una resistenza tanto maggiore quanto più elevata è la frequenza. La disposizione degli organi può variare notevolmente a seconda dei tipi. Così ad esempio, la fig. 21 rappresenta il diaframma elettromagnetico del Bristol (Bristolphone). In M si ha il magnete permanente, in N l'ago, in S la vite di fissaggio dell'ago, in D gli ammortizzatori di gomma per l'eliminazione delle risonanze proprie del sistema, in A l'ancora, in T l'asse di rotazione dell'ancora, in C la bobina. Nella fig. 22 è schematicamente rappresentato il pick-up Gaumont. La fig. 23 rappresenta invece lo schema di un pick-up del tipo Reiss. In essa si notano: la punta P applicata all'ancora A, che può oscillare attorno al punto O; il magnete permanente NS, la bobina B e gli ammortizzatori di gomma a-a′. Il tutto è racchiuso in una scatola metallica M.

Gli errori o le disturbanze che si verificano nell'impiego dei diaframmi elettromagnetici dei sistemi a dischi sono per lo più da attribuire a uso errato o a montaggio difettoso. Essi possono essere così suddivisi: a) Distorsioni. - Possono essere causate da un ago consumato, da eccessiva tensione sul braccio del pick-up, dall'ago non bene fissato, da eccessiva durezza (mancanza di elasticità) degli ammortizzatori di gomma. b) Mancanza di suono. - Può essere causata da armatura fuori di allineamento, da interruzione dell'avvolgimento delle spire o dall'essere aperto il circuito del cavo conduttore, o da interruzione nel primario del trasformatore o da corto circuito nel cavo conduttore; c) Raschiamento. - Può essere prodotto dall'ago non ben fissato, o dall'armatura che oscilla nella sua sede o da attacchi imperfetti; d) Riproduzione incostante. - Può essere causata da mancanza di costanza nella velocità di rotazione del disco o da pressione eccessiva del pick-up sul disco.

Per la bontà della riproduzione grammofonica hanno grande importanza i seguenti elementi: 1. la buona conservazione dei dischi: pulizia, assenza di polvere o di sudiciume nei solchi; evitare uso di punte usate; conservare i dischi in senso orizzontale e lontani dal calore e dall'umidità; 2. la scelta della punta, che dev'essere adatta al tipo del disco; 3. il peso del pick-up: la pressione del pick-up sul disco deve essere di circa 100-200 gr. Una pressione maggiore rovina il disco e dà forte fruscio; una pressione deficiente dà cattiva riproduzione e rischia di far saltare la punta fuori del solco, specialmente alle grandi ampiezze. Sì hanno oggi pick-up a contrappeso per regolare la pressione sul disco; 4. Lunghezza del braccio del pick-up: la distanza fra il centro di rotazione del braccio del pick-up e il centro del disco non deve essere minore di 28 cm.

La ragione di questo va ricercata nelle seguenti considerazioni geometriche. Si consideri un disco (fig. 24) nel quale i, m ed e rappresentano rispettivamente i solchi interno, medio ed esterno dell'incisione. In I si ha l'asse di rotazione del braccio di supporto del pick-up. È logico che la migliore riproduzione si ha quando la congiungente il centro di rotazione con la punta dell'ago risulta tangente alla spira. Ma se ciò si verifica, per esempio, per la spira interna (AI tangente in A), non si verificherà più per le spire m ed e. Un braccio ideale dovrebbe avere lunghezza variabile e decrescere dal centro verso la periferia. La differenza fra le lunghezze della tangente alle varie spire decresce con l'allontanarsi del punto di rotazione I dall'asse di rotazione del disco. Ecco perché è necessario fissare una lunghezza minima del braccio del pick-up. In pratica la mancanza di tangenzialità sussiste e ciò è causa di deformazioni acustiche e di logorio del solco d'incisione. Si usa quindi oggi costruire bracci curvi o ad angolo. Scegliendo convenientemente i dati, si può ottenere che l'ago attacchi la spira, in ogni caso sotto angoli non superiori a 1° o 2°, mentre il braccio diritto può dare angoli d'attacco sino a 30°.

5. Il piatto porta-dischi dev'essere perfettamente orizzontale, per evitare variazioni della pressione della punta sul disco. 6. L'inclinazione dell'ago sul disco deve essere all'incirca di 50°-60°; un'inclinazione maggiore non permetterebbe alla punta di seguire perfettamente il solco; una minore causerebbe un eccessivo logorio del disco. Visto di fronte, però, l'ago deve giacere in un piano normale al disco e non essere inclinato lateralmente (figg. 25 e 26).

Varî tipi di apparecchi. - Un grammofono meccanico è essenzialmente composto delle seguenti parti: il piatto porta-dischi, il diaframma, l'amplificatore acustico (imbuto) e il motore. In genere questo è a molla (v. fig. 27) con regolatore di velocità; oggi si hanno anche grammofoni con motore elettrico a velocità regolabile, alimentabile direttamente con la corrente di rete per l'illuminazione.

Il grammofono elettrico, detto impropriamente in qualche caso radiogrammofono (v. appresso), consta invece delle seguenti parti: il piatto porta-dischi, azionato da un motore, quasi sempre elettrico, ma che può essere anche a molla, il pick-up elettromagnetico, l'amplificatore a valvole termoioniche in bassa frequenza e l'altoparlante. In questo caso l'alimentazione del complesso è fatta, come normalmente per gli apparecchi radio, direttamente dalla rete d'illuminazione: al sistema di amplificazione è connesso un sistema di raddrizzamento e di filtraggio della corrente. Ricorderemo che le correnti fonofrequenti fornite dal diaframma riproduttore elettromagnetico sono di ordine sufficientemente grande, sì da non richiedere lo stadio di pre-amplificazione. La potenza d'uscita all'altoparlante può essere scelta entro limiti amplissimi: si hanno grammofoni elettrici (p. es. montati su autocarri) con altoparlanti di grandissima potenza.

Il radiogrammofono è invece l'accoppiamento di un apparecchio radio-ricevitore e di un grammofono elettrico. L'alimentazione è comune: disinnestando l'antenna e l'amplificazione di alta frequenza e innestando il pick-up e la resistenza supplettiva, si trasforma il radio-ricevitore in grammofono elettrico. Per prolungare la durata di funzionamento sono stati ideati tipi di grammofoni a cambiamento automatico del disco, nei quali si hanno due dischi che entrano successivamente in azione, in modo automatico (fig. 28).