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Gli auricolari o cuffie sono dispositivi in grado di far ascoltare ad un singolo ascoltatore una fonte audio (radio, walkman, lettore CD, smartphone, lettore MP3, ecc.) alla quale sono collegati. Inventato nel 1910 da Nathaniel Baldwin, questo dispositivo può essere monocassa o bicassa: in quest'ultimo caso permette l'ascolto stereofonico e su ogni cassa è impressa la lettera L (left, sinistra) o R (right, destra), ad indicare l'orecchio a cui va applicata.

Generalmente per cuffia s'intende un dispositivo munito di grandi casse con tanto d'imbottitura insonorizzante, unite tra loro tramite un supporto rigido, per auricolari i dispositivi che si appoggiano nel padiglione auricolare, mentre per auricolare in ear ci si riferisce ai dispositivi che s'introducono nel condotto uditivo.

Tipi

Le cuffie si dividono in diverse categorie^[1]:

• Esterne: sono il tipo più ingombrante e pesante, in quanto hanno una struttura importante, che comprende il supporto delle cuffie (ma può essercene anche solo una, avendo così un orecchio che ascolta l'ambiente esterno) ed il sistema d'insonorizzazione passiva dal rumore esterno.
  Le casse esterne garantiscono una migliore resa del suono (specialmente alle basse frequenze), sia grazie alla maggior dimensione della cassa stessa che all'insonorizzazione passiva attuata dalla copertura esterna delle stesse.
  Inoltre, anche se più confortevoli per l'orecchio, possono risultare scomode se usate per lunghi periodi per via del loro peso o per l'interferenza con la capigliatura.
  In questa categoria rientrano anche dei modelli con casse acustiche piccole, come i modelli degli auricolari, che si differenziano da questi solo per il supporto rigido che unisce le casse e che le sorregge sul capo dell'utente.
  • Circumaurali (denominazione anglofona over ear): circondano completamente il padiglione
  • Sovraurali (in inglese on ear): si appoggiano sui padiglioni auricolari

A sinistra auricolari semplici come quelli forniti nella maggior parte dei dispositivi, al centro e a destra auricolari ottimizzati anatomicamente, al centro una versione che modifica l'asse di diffusione e in parte la direzione, a destra una versione che modifica la direzione di diffusione

• Auricolari: sono le cuffie più comuni dei piccoli dispositivi elettronici, permettendo la massima trasportabilità
  • Auricolari da padiglione, si posizionano nella conca del padiglione auricolare tramite un supporto padigliare, il quale permette la stabilità della cuffietta, la quale in questo caso non appoggia unicamente sul trago e sull'antitrago. Un altro accorgimento che può essere presente è il perimetro gommato o il rivestimento poroso rimovibile, che permettono una migliore adesione e nell'ultimo caso anche un lavaggio dello stesso per garantire una maggiore igiene; questa categoria di cuffietta però, pur garantendo una leggerezza e portabilità elevata, non permette un'insonorizzazione ottimale negli ambienti rumorosi.
    Un accorgimento che ha preso maggiore piede nel XXI secolo è una conformazione anatomica del diffusore, con soluzioni più o meno elaborate.
  • Cuffie intraurali (denominazione inglese in ear): particolare configurazione in quanto tramite un elemento esterno di rivestimento in gomma e che può essere fornito in differenti misure, si posizionano all'interno del condotto uditivo esterno e sono sorrette dallo stesso, quindi non richiedono supporti accessori o ne hanno di molto ridotti. Questo tipo permette d'ottenere i vantaggi di portabilità e leggerezza delle cuffiette auricolari e l'insonorizzazione passiva delle cuffie esterne.

Gli auricolari possono funzionare secondo diversi metodi di trasmissione del suono:

• Aereo sistema più diffuso, dove la conduzione del suono avviene tramite la variazione di pressione dell'aria.
• Osseo la conduzione avviene tramite la via ossea.

Il collegamento degli auricolari può essere di vario genere:

• Cablata, soluzione che permette una struttura più semplice dell'auricolare
• Senza fili, gli auricolari sono collegati con varie tecnologie senza fili al dispositivo che genera o trasmette la musica agli auricolari
  • Collegate tra loro, gli auricolari sono connessi tra loro
  • Completamente senza fili, gli auricolari sono completamente senza fili, in molti casi si tratta di monoauricolare, ma questa soluzione può essere usata anche per sistemi a due auricolari (destro e sinistro).

Cuffie senza fili (wireless)

Le cuffie prive del filo per il trasporto del segnale audio sfruttano varie tecnologie differenti. Il segnale, infatti, viene trasmesso tramite raggi infrarossi, bluetooth^[2] oppure altre tecnologie wireless, quali le normali connessioni wi-fi in radiofrequenza analogica oppure digitale (in Europa a 2,4 e 5 Ghz). In questi casi il sistema è costituito da un trasmettitore collegato all'apparecchio riproduttore (televisore, Hi-fi, radio), il quale trasmette il segnale al ricevitore integrato nella cuffia. La necessità di alimentare sia il circuito di ricezione che gli auricolari (venendo a mancare il cavo) introduce il problema dell'autonomia limitata nel tempo, ed il conseguente bisogno di ricarica.

Al vantaggio di non avere fili si contrappone tuttavia la resa sonora, inferiore alle migliori cuffie ad alta fedeltà cablate, dovuto ai problemi di trasmissione sia della quantità di informazioni che dai problemi d'interferenza con gli altri segnali; problemi che possono essere abbattuti anche quasi totalmente se vengono usate soluzioni sofisticate e di qualità, ma che portano ad un innalzamento del prezzo.^[3]

Accorgimenti

Tutte le categorie di cuffie possono essere o meno munite di microfono, dove nei modelli esterni è generalmente posizionato su un'asta orientabile, mentre nelle cuffiette auricolari o in-ear è posto sul cavo della cuffietta (o posto direttamente su una prolunga della cuffietta, nei modelli wireless).

Un altro sistema che può essere presente nella cuffia è un software che riduce in modo attivo il rumore esterno, andando a modificare il segnale acustico in base al rumore esterno.

Gli auricolari possono essere ottimizzati nella forma e direzione del suono, in particolar modo quelli che rimangono nel padiglione auricolare, questa categoria di auricolari possono essere dotati di archetto esterno (hanging ear) od interno (StayHear) che ne facilita il mantenimento della posizione.

Cuffia ad alta fedeltà

Esistono diversi tipi di cuffia ad alta fedeltà: le due principali tecnologie impiegate per la costruzione di cuffie sono:

• Magnetodinamica semplice, esattamente come costituita da una coppia di altoparlanti spesso del tutto simili a quelli usati nei diffusori audio, ma di ridotte dimensioni.

Isodinamica, che può essere a sua volta di due tipi:

• Elettrostatica, che usa dei pannelli elettrostatici polarizzati a tensioni elevate rispetto alle cuffie dinamiche, e non è dotata dei convenzionali trasduttori magnetici ma pannelli polarizzati elettricamente, e può essere dotata di un circuito alimentatore, integrato all'interno del proprio adattatore di accoppiamento da abbinare all'uscita di potenza dell'amplificatore, oppure in altri casi con appositi amplificatori dedicati; una cuffia elettrostatica ha quindi bisogno di un piccolo apparecchio in più. Una cuffia elettrostatica di solito presenta una risposta in frequenza più lineare rispetto ad una cuffia dinamica a fronte di un minore impatto sui transienti nelle basse frequenze, ma - di solito - è anche più costosa. Basti pensare che lo spessore del diaframma di emissione di alcuni modelli di cuffie Stax, storico costruttore giapponese di queste cuffie, è di soli 1,35 μm. Questa caratteristica permette un'amplissima estensione in frequenza, dichiarata da 6 Hz a oltre 40 kHz; in alcuni modelli di altri produttori, il limite superiore di frequenza dichiarato supera i 100 kHz.
• Magnetoplanare o ortodinamica: queste cuffie sono isodinamiche come quelle elettrostatiche, e di maggiore tecnico-costruttiva rispetto a normali magnetodinamiche, e richiedono tolleranze di lavorazione molto piccole, ma al contempo sfruttano dei sistemi magnetici e non elettrostatici. Per tale ragione sono considerate un'opzione che coniuga i due tipi precedenti. Constano in linea di principio di membrane rigide solidali a bobine di grane diametro oppure in alternativa membrane che incorporano bobine piatte spiralizzate ed estese sulla superficie, e altra differenza rispetto alle magnetodinamiche, i magneti sono altresì piatti ed estesi sotto l'area stessa della membrana e non limitate alla zona perimetrale. I costruttori possono in questo caso privilegiare un comportamento più simile a quello delle elettrostatiche o dei modelli magnetodinamici, o combinare diverse caratteristiche nello sforzo di prendere i vantaggi dei due sistemi.

Molti audiofili considerano la cuffia stereofonica un valido trasduttore per l'ascolto di musica registrata, opinione comunque non condivisa in modo unanime. Occorre altresì dire, che è nella fase di missaggio di un brano musicale stereofonico che viene ottimizzata la riproduzione, privilegiando l'ascolto con una coppia di diffusori oppure con una cuffia stereofonica; con la presa diretta binaurale del suono con testa artificiale, tramite sofisticate procedure si può ottenere l'identica riproduzione spaziale del suono, sia con una coppia di diffusori che con una cuffia stereo.

I componenti di una cuffia

La struttura di questo tipo di cuffie per alta fedeltà è composta da un archetto flessibile che può essere in metallo o plastica, ai lati del quale sono fissati i padiglioni contenenti gli altoparlanti. Da parte del costruttore vengono adottati vari accorgimenti volti ad offrire sia un buon comfort, dato che l'oggetto può essere tenuto sulle orecchie anche molte ore, sia offrire le migliori prestazioni di ascolto. Sulla sommità della testa non poggia direttamente l'archetto di supporto dei padiglioni, bensì un secondo archetto parallelo al primo, costituito da materiale morbido, solitamente pelle animale o sintetica, oppure velluto; in modo analogo è costituita la guarnizione dei padiglioni volta a chiudere quasi ermeticamente l'orecchio all'interno di questi.

Un parametro espresso in dB indica il grado di isolamento acustico rispetto all'ambiente esterno; questa caratteristica veniva tenuta in grande considerazione negli anni 60-70 da una delle società considerate pioniere in questo campo, la statunitense Koss.

La guarnizione attorno ai padiglioni delle prime versioni dello storico modello PRO-4 dinamico erano costituite da una camera d'aria in materiale plastico flessibile, riempita al suo interno di olio. Per ottenere buona qualità del suono riprodotto al pari dei diffusori, i padiglioni devono avere massima rigidità e insensibilità alle vibrazioni: solitamente sono realizzati in resine plastiche ad alta densità.

Nel 1989 la Sony mise in commercio un modello ad alte prestazioni (MDR-R10) il quale aveva i padiglioni realizzati con un legno particolare, stagionato 200 anni, ad un prezzo sul mercato italiano di 5 milioni di lire.

Alcuni modelli incorporano nei padiglioni piccoli potenziometri per permettere la regolazione del volume audio.

Lo sdoppiamento del cavo stereofonico può avvenire all'esterno dei padiglioni oppure all'interno di uno di questi; in questo caso si ha il vantaggio di avere l'ingresso del cavo unicamente in un solo padiglione.

Caratteristiche tecniche delle cuffie

Esistono quattro parametri principali da prendere in considerazione per valutare la qualità delle cuffie.

Il primo parametro è la risposta in frequenza, ossia la gamma di frequenze che la cuffia è in grado di riprodurre. La Risposta in frequenza viene, di solito, espressa in Hz (o in multipli di Hz). Una buona cuffia deve poter offrire la possibilità di ascoltare tutti i suoni percepibili dall'orecchio umano. L'intervallo di suoni teoricamente percepibile dall'uomo va dai 18 Hz ai 22 000 Hz. Si parla, in questo caso, di “percezione teorica” perché, in realtà, solo un “orecchio” ben allenato, “sano” e giovane riesce a percepire tutti i suoni compresi in questa gamma dinamica: generalmente, invece, un orecchio medio percepisce una gamma di frequenze compresa tra i 20 Hz ed i 20 000 Hz. Pertanto una buona cuffia dovrebbe avere una Risposta in frequenza di almeno 20 - 22 000 Hz (se risulta inferiore significa che verrebbero “tagliati” o perlomeno fortemente attenuati i suoni con frequenza molto bassa e quelli con frequenza molto alta, pertanto la cuffia non riprodurrebbe fedelmente il brano musicale), ancora meglio se la risposta in frequenza è pari a 18 - 22 000 Hz. Risposte in frequenza più ampie, anche se non sono percepite normalmente da un orecchio umano non allenato, indicano comunque una migliore qualità della cuffia, e una migliore risposta sulla gamma 18-22.000 Hz.

Il secondo parametro, strettamente legato al primo, è la linearità in frequenza, ovvero quanto sia costante il livello di suono emesso, spaziando tra i due estremi di frequenza dichiarati, ottenere la linearità assoluta non è tecnicamente possibile, in qualche punto nell'intervallo di frequenza dichiarato si avranno delle esaltazioni o attenuazioni del segnale riprodotto, lo scostamento medio rispetto ad un segnale di riferimento è espresso in dB, minore è il valore, migliore risulta la linearità della cuffia. Questo dato, sempre fornito allegato agli amplificatori, non sempre viene fornito dai produttori di cuffie e diffusori, il miglior modo di rappresentarlo è fornirlo sotto forma di grafico, come avviene per gli amplificatori.

Il terzo parametro è la sensibilità, ovvero, in modo analogo ai diffusori, quanta pressione acustica espressa in dB riesce a fornire, dato un preciso valore di tensione applicato. Questo dato indica il massimo livello di suono riproducibile fedelmente. Più il valore in dB è elevato (più è alta la Sensibilità), più alto è il volume di suono riprodotto in modo fedele. Delle buone cuffie dovrebbero avere una sensibilità pari o superiore ad 85 dB (valori inferiori a 85 dB potrebbero indicare una cuffia di basse prestazioni). Le cuffie audio ad alta fedeltà hanno generalmente un valore di sensibilità molto elevato e compreso tra i 95 db ed i 109 dB (ottimo valore); alcune cuffie dichiarano valori pari o superiori a 110 dB.

Il quarto parametro è l'impedenza, ovvero la resistenza di una bobina ad essere attraversata da un campo elettromagnetico in corrente alternata. L'unità di misura di entrambe è l'ohm. I valori di impedenza adottati dai costruttori per le cuffie dinamiche variano notevolmente, da un minimo di 8 a un massimo di 2000. La notevole differenza di questo valore è in ragione dei diversi tipi di amplificatore al quale la cuffia va collegata. L'intensità del suono prodotto dipende dal valore di corrente che circola nella bobina dell'auricolare, dissipando watt, ovvero potenza, secondo la legge di Ohm, ${\displaystyle W=V^{2}/R}$, dove R è l'impedenza della cuffia.

Ne consegue che maggiore è la tensione disponibile all'uscita dell'amplificatore, più alto può essere il valore di impedenza della cuffia. Un impianto Hi-Fi casalingo alimentato dalla rete, non ha problemi a fornire il segnale per la cuffia a livelli anche di decine di volt; per contro, nel caso di un lettore mp3 portatile alimentato da piccole batterie, necessariamente il livello di tensione fornito all'uscita cuffia non potrà superare quello delle batterie che lo alimenta. Ne consegue che per avere un adeguato volume in uscita necessariamente si deve scendere col valore di impedenza. La qualità del suono di una cuffia è indipendente dall'impedenza dei trasduttori adottati: basti pensare alla storica cuffia ad alta fedeltà modello PRO-4 del costruttore Koss, che nelle prime versioni aveva un'impedenza di 8 ohm, e alla Sennheiser HD414 prima serie che aveva 2000 ohm.

Uso

Le cuffie risultano indispensabili nelle comunicazioni via radio tra gruppi di persone: esempio tra il pilota di un aereo e la torre di controllo. Le cuffie sono comunque usate anche in ambito domestico per ascoltare musica senza disturbare le persone che sono vicine, oppure in ambito professionale. L'uso delle cuffie permette un'analisi accurata nei minimi dettagli di un qualunque tipo di suono, in particolare durante la fase di registrazione e missaggio di un brano musicale. Un posto particolare occupa l'uso della cuffia in alta fedeltà. L'impiego di cuffie stereofoniche di alta qualità consente di raggiungere un rapporto intimo ed intenso con la musica, inoltre in commercio sono presenti anche delle cuffie stereofoniche di alta qualità con cancellazione attiva del rumore, permettendo così di isolare i rumori esterni e di godere al pieno della musica^[4].

Il pathos ed il coinvolgimento colpiscono l'immaginario dell'ascoltatore grazie alla definizione sonora ed alla dinamica, ma il risultato non può comunque essere del tutto paragonabile alla realtà di un concerto dal vivo poiché viene a mancare l'impatto fisico prodotto dalla pressione sonora live. In particolare ricordiamo che le frequenze più basse vengono condotte all'orecchio non tanto dal padiglione auricolare quanto piuttosto dal corpo stesso (sistema osseo, scatola cranica, cassa toracica). Per sperimentare questa sensazione ci si può recare in una cattedrale durante l'esecuzione di musica per organo a canne. Il basso d'organo (possente e profondo) è percettibile anche a livello fisico in modo emozionante. Questa sensazione non sarà mai fornita dall'ascolto in cuffia, per ovvie ragioni.

Precauzioni

L'ascolto di musica a volume elevato per prolungati periodi di tempo può causare gravi danni all'udito.^[5]

Per avere un'idea delle massime pressioni acustiche tollerate dall'udito umano, in rapporto al tempo di esposizione, si possono fare dei calcoli basandosi sulla seguente tabella (desunta dalle raccomandazioni del Decreto Legislativo 81/2008, Titolo VIII, sulle normative in materia di sicurezza riguardo vibrazioni e rumore), e confrontandoli con le sensibilità dichiarate dei vari tipi di cuffia:

La pressione di 120 dB è considerata la soglia del dolore, con associati danni temporanei; la pressione di 140 dB è considerata come soglia di rottura, con associati danni permanenti.