Campo diretto

Campo riverberato ( o riflesso)

Condizione di diffusione uniforme o di campo perfettamente diffuso

Campo diffuso

di MB - Aggiornato il  6 dicembre 2017

 

La documentazione B&K riporta la definizione di Campo Vicino, Lontano, e Riverberato con riferimento alla misura della potenza acustica prodotta da una macchina

In questo caso ponendo il microfono in prossimità del macchinario, effettivamente basta spostare di poco il microfono per ottenere letture dell’SPL molto diverse. Quello che fa notare giustamente B&K è che, in prossimità della sorgente la velocità e la pressione non sono in fase e quindi non è possibile effettuare misure con un microfono sensibile alla pressione (di dovrebbe usare una sonda intensimetrica e comunque la misura della potenza acustica risulterebbe molto complicata). Per questo motivo (lo svasamento tra pressione e velocità) le misure di SPL devono essere fatte in una regione dove velocità e pressione sono in fase in modo da poter usare un microfono. Ciò avviene nella regione di “campo libero” ovvero ad una certa distanza dalla sorgente, all’aperto oppure in camera anecoica. Qui di seguito le definizioni secondo B&K.

 

 

 

Per quanto riguarda le misure di risposta in frequenza di un altoparlante in cassa chiusa è stato dimostrato che una misura condotta con il microfono a pochi centimetri (o millimetri) dal diaframma fornisce lo stesso risulato che si otterrebbe in campo lontano e con l’altoparlante montato su uno schermo infinito.

 

Campo diretto:

Il campo diretto o suono diretto è quello che parte dalla sorgente e arriva all’ascoltatore senza incontrare ostacoli (si può quindi tracciare una retta che congiunge la sorgente all’orecchio dell’ascoltatore).

Il livello del campo diretto (lontano dalla sorgete)  decresce di 6 dB per ogni raddoppio della distanza.

La pressione prodotta dal campo diretto vale:

 

 

W = potenza acustica

Q = fattore di direttività

r = distanza dalla sorgente

C = velocità del suono  r=densità dell’aria, p=3.1415…

 

Il campo diretto prodotto da una sorgente, è lo stesso in qualsiasi ambiente.

Negli ambienti  o, in generale, in presenza di superfici riflettenti anche non chiuse, il suono diretto è seguito dalle riflessioni. A causa delle riflessioni il livello del suono non decresce più di 6 dB per ogni raddoppio della distanza. La differenza di tempo tra l’istante in cui arriva il suono diretto e l’istante in cui arriva la sua prima riflessione si chiama ITG (Initial Time Gap). L’ITG è una delle quantità più importanti per definire la qualità della riproduzione per l’Alta Fedeltà in ambiente domestico.

 

Campo riverberato o riflesso o diffuso

Il campo riverberato (o riflesso o suono riverberato) è quello che giunge all’ascoltatore dopo aver subito almeno una riflessione (diffusione, dispersione) su una parete o su un qualsiasi ostacolo. (vds Tempo di riverberazione, distanza critica, frequenza di Schroeder, modi normali, onde stazionarie, ecc.).

Si intende che il campo riflesso deve presentare un certo grado di diffusione quindi il range di frequenze interessato dai modi normali di un ambiente non fa parte del campo riflesso (causa la  mancanza di diffusione). Ne segue che si può parlare di “tempo di riverberazione” solo al di sopra della frequenza di Schroeder (in condizioni di campo diffuso).

 

 

Condizione di diffusione uniforme o di campo perfettamente diffuso

Data una sorgente posta al centro in un ambiente sabiniano (di forma regolare con assorbimento acustico delle superfici non eccessivo, omogeneo ed omogeneamente distribuito) allora il livello del campo riverberato (dalla frequenza di Schroeder in su) è uguale in ogni punto dell’ambiente (anche in prossimità della sorgente). Questa condizione (che facilita grandemente i calcoli) non è quasi mai realmente realizzata. Le cause che impediscono al campo di diffondersi perfettamente sono

-          la direttività della sorgente

-          la non perfetta omogeneità delle superfici fono assorbenti (esempio una finestra aperta).

La non omogeneità della distribuzione delle superfici fono assorbenti può essere sfruttata per aumentare la Brillanza (vds Attributi del suono).

 

Campo diffuso:

Il campo sonoro riflesso è diffuso (o perfettamente diffuso) quando il suo livello SPL è lo stesso in ogni luogo e il flusso di energia è ugualmente probabile in ogni direzione.

 

Il campo perfettamente diffuso è omogeneo ed isotropo.

 

La condizione di campo diffuso è una delle ipotesi alla base del calcolo del tempo di riverberazione con la formula di Sabin.  Gli ambienti dove è possibile prevedere il tempo di riverberazione applicando la regola di Sabine si dicono “ambienti sabiniani”.

 

Quando in un ambiente c’è una finestra aperta si osserva un flusso di energia acustica diretto verso la finestra che non viene riflesso (esce dall’ambiente). Quindi dove ci sono aperture, o superfici con coefficiente di assorbimento pari a 1, il campo acustico non può essere perfettamente diffuso.

 

Il livello SPL (indicato Lp) in un punto di un ambiente sabiniano vale:

dove:

Lw è il livello della potenza acustica emessa dalla sorgente

Q = fattore di direttività della sorgente

R = Room constant che dipende dal fono assorbimento medio con S= superficie totale (non dell’ambiente ma delle superfici assorbenti quindi anche mobili e persone).

Allontamendosi dalla sorgente Lp  tende ad un valore costante (perché il campo diretto decresce come il quadrato della distanza).

Il fattore di direttività Q ha un ruolo fondamentale. Alcuni dispositivi possono presentare un Q costante su certi range di frequenze.

Per un pistone posto alla fine di un lungo tubo il fattore di direttività vale circa Q = 1+(kr)2 mentre la potenza acustica vale W=v2R[Zaria]  (dove R[Zaria]  = parte reale dell’impedenza di radiazione e v è la velocità della superficie vibrante).

 

L’espressione di Lp , se il soffitto dell’ambiente è basso e assorbente, si modifica ed il campo riverberato, anziché diventare costante al crescere della distanza, continua a decrescere con un tasso di tre dB per ogni raddoppio della distanza. Questo induce, se si vuole mantenere il campo riverberato costante a trattare i soffitti con dispositivi diffondenti piuttosto che assorbenti.

 

Nota:  per calcolare il livello SPL in ambiente la Philips utilizza soltanto la componente del campo riverberato. Questo corrisponde a ipotizzare che il punto di ascolto si trovi oltre tre/quattro volte la distanza critica (o raggio di riverberazione).  L’espressione del livello SPL assume questa forma:

ed è indipendente dalla posizione (dalla distanza dalla sorgente). A questo punto, fissato il livello SPL desiderato si può estrapolare la potenza a custica W e, noto il rendimento del sistema di altoparlanti, calcolare la potenza necessaria per ottenerlo.

 

Bisogna tenere presente che, con le sorgenti direttive, la distanza critica è maggiore.