Come posizionare i
diffusori - L'ambiente d'ascolto (Parte Prima di tre)
di Mario Bon
2 Aprile 2012 (rivisto il
16/05/2016,e 24/12/2019)
Indice degli
argomenti:
Parte Prima
Nozioni di base: Suono diretto e suono riflesso
Nozioni di base: Tempo di Riverberazione T60
Nozioni di base: Ambiente Sabiniano
Nozioni di base: Ambienti problematici
Nozioni di base: Acustica geometrica: Ray Tracing
Nozioni di base: Le riflessioni degli angoli
Nozioni di base: Comb – filter e wall dip
Nozioni di
base: ITG Initial Time Gap
Nozioni di base: Tempo critico
Nozioni di base: Distanza Critica
Nozioni di base: Sweet Spot
Nozioni di base: Frequenza di Schroeder
Nozioni di
base: Effetto Haas o effetto di precedenza
Nozioni di base: Materiali Fonoassorbenti
Nozioni di base: Materiali Fonoassorbenti: tende e tappeti
Nozioni di base: Assorbitori attivi
Nozioni di base: DRC
Parte seconda
Diffusori:
“aperti” e “chiusi”
Diffusori: la dispersoneDiffusori: dimensione del pannello frontale e localizzazione della sorgente
Diffusori: slap echoDiffusori: focalizzazione del canale centrale
Diffusori:
focalizzazione del canale centrale: “Zona Isotipica” o zona di buon ascolto
Diffusori:
distanza tra i diffusori e orientamento
Diffusori: distanza del punto di ascolto e rapporto tra suono diretto e suono riflesso
Ambiente: Control room
Ambiente: il silenzio è irrinunciabile
Ambiente: regole generali
La
riproduzione delle basse frequenze: i modi normali
La
riproduzione delle basse frequenze: il rapporto tra le dimensioni dell’ambiente
Ricapitolando
Come valutare la qualità sonora
Parte Terza Semplici interventi di correzione acustica di un localeSemplici interventi di correzione acustica di un locale – un errore comune
Ambiente d’ascolto Technics
In rete si
trovano molte indicazioni su come posizionare i diffusori: Qui vengono
commentati i seguenti:
I consigli
di Genelec
Disposizioni
indicate da Toole
I consigli
di Wilson Audio per stanze a pianta rettangolare e a L
Proposta
di uno standard per misure in ambienti adatti all’ascolto Stereofonico
I consigli di George Cardas: Room set up by George Cardas
I consigli
di Wilson Audio per stanze a pianta rettangolare e a L
I consigli
di Wilson Audio: WASP (Wilson Audio Speaker Placement)
Altri
consigli: il metodo basato sulla posizione dei ventri e nodi.
Bass Optimization System by Infinity
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Primo Teorema Se la posizione nell’ambiente non può rendere perfetti
due diffusori mediocri, un posizionamento sbagliato può far suonare
mediocremente anche due buoni diffusori. |
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Secondo
Teorema: Tutti i
fenomeni negativi che si riscontrano in un ambiente chiuso sono causati dalla
correlazione tra suono diretto e suono riflesso (modi normali, effetto
comb-filter, slap echo, glare, ecc.).
La correlazione è massima quando la riflessione avviene su superfici
larghe, piatte e lisce, ed è minima quando la superficie è un diffusore di Schroeder
(o comunque il campo diretto e riflesso non sono correlati). |
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Terzo
Teorema: Se il
tempo di riverberazione e lo ITG sono corretti, ogni espediente che riduce la
correlazione tra suono diretto e suono riflesso, nel punto di ascolto, comporta
un beneficio all’ascolto (maggiore Chiarezza). |
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Quarto
Teorema: Modificare
la posizione, la distanza e/o
l’inclinazione dei diffusori comporta una variazione nella qualità della
riproduzione superiore rispetto alla sostituzione dei cavi (sempre
che il cavo sia ben dimensionato e non induca l’amplificatore ad oscillare –
ovvero non faccia danni di suo). |
Chi
progetta diffusori acustici non conosce l’ambiente dove saranno utilizzati ed è
raro che un utente apporti modifiche sostanziali al proprio ambiente d’ascolto
specie se non vive da solo. Tuttavia se si desidera ottenere una certa qualità
nella riproduzione bisogna mettere in conto qualche intervento che potrebbe
essere limitato allo spostamento del mobilio fino alla introduzione di pannelli
fonoassorbenti o diffondenti.
I
diffusori acustici dovrebbero poter funzionare, con risultati almeno decenti,
in una varietà di situazioni. Anzi più un diffusore è avanzato e costoso e
tanto maggiore dovrebbe essere la possibilità di impiegarlo con successo in
ambienti diversi (purché non problematici). Ci sono evidentemente dei limiti.
Il parere di chi scrive è che oggi accada il contrario: spesso sono proprio i
diffusori più costosi a presentare le condizioni di impiego più critiche:
minimi di impedenza molto bassi (non a norma) e/o difficoltà di posizionamento
nell’ambiente. Il tutto concorre a rendere questi diffusori meno fruibili e
quindi ancora più costosi (oltre che fonte di stress).
La qualità
della riproduzione dipende dalla concorrenza di più fattori che vanno dalla
qualità della registrazione fino alla disposizione di diffusori e del punto di
ascolto. Tutti questi fattori non sono facilmente separabili anche a causa
della mancanza di una standardizzazione delle caratteristiche di
ingresso/uscita delle elettroniche: ogni cambiamento porta a situazioni
diverse. Per forza di cose, nel seguito, questi aspetti saranno descritti
separatamente.
Prima di entrare in argomento corre obbligo di definire alcune cose: Il tempo di riverberazione T60, lo ITG e l’effetto Haas, il tempo critico, la distanza critica (o raggio di riverberazione) e la frequenza di Schroeder e altro. In questo sarà di aiuto il Glossario.
Nel
definire le sorgenti ideali (in altro articolo) è stato definito il “diffusore
ideale” e “l’ambiente ideale”. Tali definizioni dovrebbero essere tenute
presenti e nel seguito, almeno in parte, vengono richiamate. Si tenga anche
presente quale è lo scopo della riproduzione domestica che non è “clonare”
l’evento originale. L’evento originale può essere “clonato” con la Wave Field Systesis o con la
riproduzione in cuffia di registrazioni eseguite con testa artificiale (che
sono un’altra cosa).
La
stereofonia (o il 5+1 o il 7+1 ) non è sufficiente per “clonare” l’evento
sonoro originale tranne, forse, in alcuni casi particolari. Cominciamo quindi
con le nozioni di base. Chi già le conosce passerà oltre.
Nozioni di base: Suono diretto e suono riflesso
Il suono diretto è il suono che, partendo dal diffusore acustico (la sorgente) giunge all’ascoltatore senza incontrare alcun ostacolo. Il suono diretto si propaga lungo una linea retta che congiunge la sorgente e l’ascoltatore. Tutto ciò che non è suono diretto è suono riflesso. Il suono riflesso (o riverberato) giunge all’ascoltatore dopo aver incontrato, sul suo percorso, un qualsiasi ostacolo (una parete, un mobile, un qualsiasi oggetto) che ne ha deviato il percorso.
Il suono diretto di un diffusore non dipende dall’ambiente: è lo stesso in camera anecoica e nel soggiorno di casa. La differenza sta nel fatto che, in presenza di riflessioni, è più difficile da misurare. Il suono diretto è responsabile per gli attributi “monodimensionali” del suono: Calore, Fatica da Ascolto, Forza e Chiarezza. Il suono riflesso è responsabile per gli attributi “tridimensionali” del suono: Spazialità e Brillanza.
Particolarmente importanti, ai fini della qualità della riproduzione, sono le prime riflessioni laterali ed in particolare il ritardo con cui le prime riflessioni di un suono giungono all’ascoltatore. Si veda ITG. Le riflessioni causate dal pavimento sembrano meno importanti tranne quando, nelle rappresentazioni dal vivo, non sono presenti cioé, per esempio, a teatro o ad un concerto di Vasco Rossi. In sostanza le riflessioni dal pavimento non inficiano, di per sé, la intelligibilità del parlato.
Nozioni di base: Tempo di Riverberazione T60
Il tempo
di riverberazione di un ambiente è il tempo che un suono impiega per
estinguersi (diventare non udibile). Un suono si considera estinto quando il
suo livello si è ridotto di 60 dB (la pressione si è ridotta di mille volte) da
qui il nome abbreviato di T60. Quindi il T60 è il tempo che un suono impiega
per attenuarsi di 60 dB. Il tempo di riverberazione non è costante a tutte le
frequenze. In linea di massima è più lungo a bassa frequenza e tende a
diminuire con l’aumentare della frequenza. Normalmente si fa riferimento al
tempo di riverberazione misurato a 500 Hz. Un ambiente si dice “vivo” quando il
riverbero (o alone) è udibile, si dice “morto” o “afono” o “anecoico” quando il
riverbero è breve o assente.
Un
ambiente troppo vivo o troppo afono non è adatto alla riproduzione musicale:
serve la giusta via di mezzo.
Per misurare
il tempo di riverberazione (T60) é necessaria una strumentazione specifica. J.
S. Bach valutava il tempo di
riverberazione degli ambienti battendo le mani e “ascoltando” l’alone che ne
derivava. Se un battito di mani produce un alone udibile il tempo di
riverberazione è sicuramente eccessivo (per la riproduzione di musica e
parlato).
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In linea
di principio se un ambiente è adatto alla conversazione (se l’intelligibilità
della parola e ottima a qualche metro di distanza dall’oratore) allora è adatto
anche per la riproduzione musicale. “adatto” non significa “ottimale”. Questa è
una condizione necessaria ma non sufficiente perché fornisce informazioni
solo riguardo la gamma vocale (gamma media). |
Il T60 ottimale
dipende dal volume dell’ambiente e anche dal programma musicale riprodotto: la
musica per organo e la musica sacra (canti gregoriani), per esempio, sono state composte per ambienti molto
riverberanti e tollerano T60 più lunghi. Per la musica elettronica vale il
ragionamento opposto. In letteratura si legge che il T60 di un ambiente
dovrebbe essere inferiore alla metà del tempo di riverberazione presente nel
programma musicale riprodotto (che nn si sa quanto sia). Più propriamente, più
che il tempo di riverberazione, nei piccoli ambienti si deve considerare lo ITG
(vedi oltre). Il T60 ottimale per un ambiente domestico attorno a 50-60 metri
cubi è di 0.4-0.5 secondi a 500 Hz. Quasi tutti gli ambienti domestici superano
questo limite.
Nozioni di base: Ambiente Sabiniano
Un
ambiente si dice “sabiniano” quando il tempo di riverberazione T60 può essere
calcolato con l’espressione di Sabine. Ciò accade quando il fonoassorbimento
delle superfici è moderato, omogeneo e omogeneamente distribuito realizzando e
si realizza la condizione di campo riverberato perfettamente diffuso (almeno da
una certa frequenza in su). Gli ambienti sabiniani sono rari ed il campo
riflesso non è sempre perfettamente diffuso (tende a diventarlo alle frequenze
medio-alte).
Tanto per
fare un esempio qualsiasi ambiente ove siano presenti porte o finestre aperte
non può essere sabiniani. Al contrario un ambiente con porte e finestre chiuse
assomiglia molto di più ad un ambiente sabiniano.
Ipotizzare
le condizioni di campo diffuso è l’unico modo per ottenere la stima del tempo
di riverberazione senza eseguire misure dirette. Gli ambienti trattati per una
buona acustica, al contrario degli ambienti sabiniani, presentano una netta
distinzione tra l’area dove sono posizionati i diffusori e l’area d’ascolto ed
una certa concentrazione delle superfici fonoassorbenti , riflettenti e
diffondenti. Ai fini del calcolo del tempo di riverberazione non si distingue
tra prima, seconda o terza riflessione: si dà una valutazione statistica. Per
una buona riproduzione si devono distinguere le prime riflessioni (le più
importanti) dalle “riflessioni ritardate”.
È
importante ricordare che: in un ambiente non sabiniano la distribuzione del campo riflesso (ed il
tempo di riverberazione) dipende dalla posizione e dalla direttività della
sorgente impiegata e dalla distribuzione dei materiali fonoassorbenti..
Nozioni di
base: Ambienti problematici.
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Non
tutti gli ambienti sono adatti o adattabili alla riproduzione della musica. |
Molti lo diventano
apportando opportune correzioni (con l’impiego di materiali fonoassorbenti,
trappole acustiche e pannelli diffondenti). Ci sono ambienti dove le correzioni
non bastano: gli ambienti troppo piccoli,
con pianta circolare o con soffitti a botte o a cupola, con superfici
curve il cui raggio di curvatura cade nella zona di ascolto, ecc. Un soffitto
spiovente (mansarda) può essere un bene o un male. Se un ambiente non è idoneo o non può essere corretto è meglio
ascoltare la musica con le cuffie (che costano sicuramente meno delle
correzioni acustiche necessarie). Del resto nemmeno le Ferrari sono “adeguate”
per percorrere una mulattiera di montagna…
Il
problema principale, negli ambienti domestici, è rappresentato dalla
riproduzione delle basse frequenze (tipicamente sotto i 200-250 Hz). Va anche
detto che ogni ambiente è diverso dall’altro, che esistono delle regole
generali da rispettare, ma non esiste una “ricetta” precostituita valida per
ogni ambiente. Esistono invece le conoscenze ed i mezzi tecnici che consentono
di analizzare un ambiente e individuare le soluzioni (se esistono) per
migliorarne l’acustica.
Le control
room sono il più chiaro esempio di ambienti progettati e preparati per ottenere
un preciso risultato sonoro (in
particolare la massima Chiarezza).
Nozioni di base: Acustica geometrica: Ray Tracing
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Un raggio (luminoso o acustico) incide su una superficie e viene in parte riflesso ed in parte trasmesso. Il raggio trasmesso viene (tutto o in parte) assorbito all’interno del materiale e la parte non assorbita riemerge dall’altro lato (suono trasmesso). L’energia E trasportata dal suono incidente si conserva quindi: Eincidente = Eriflessa + Eassorbita + Etrasmessa L’energia assorbita si trasforma in calore e va ad aumentare l’entropia dell’Universo. Nota l’energia è pari alla potenza nell’unità di tempo quindi si può anche scrivere:Pincidente = Priflessa + Passorbita + Ptrasmessa |
.Quando una onda sonora incontra una parete di dimensioni maggiori della propria lunghezza d’onda è soggetta agli stessi fenomeni che coinvolgono i raggi luminosi quando incidono su uno specchio: una parte viene riflessa, una parte viene assorbita e una terza parte viene trasmessa oltre lo specchio. La quantità di energia riflessa, assorbita e trasmessa dipende dalla qualità dello specchio e dalla frequenza del suono incidente su di esso. Se lo specchio è perfetto tutta l’energia incidente viene riflessa. L’angolo di riflessione è uguale all’angolo di incidenza . Il Ray Tracing (tracciamento di raggi) è una semplice tecnica geometrica per disegnare i raggi riflessi: ogni parete viene trattata come uno specchio. All’interno di un ambiente chiuso il bilancio è il seguente: Potenza_nell’ambiente = Potenza_immessa – (Potenza_assorbita + Potenza_Trasmessa) Da questa espressione dellapotenza si parte per ottenere il T60. Leggendo la relazione precedente di capisce anche la differenza tra fonoassorbimentoe fono isolamento. Il fonoisolamento richiede l’abbattimento del suono trasmesso. Questo si può ottenere in due modi:- rendendo massima la riflessione
- rendendo massimo l’assorbimento
Infatti se tutta la potenza incidente viene riflessa quella trasmessa è nulla. Se tutta la potenza incidente viene assorbita quella trasmessa è nulla.Questo significa che non è trattare il fonoisolamento ed il fonoassorbimento come se fossero tra loro indipendenti.
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Costruzione
di una riflessione con il ray-tracing. |
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Passo 1 Disegnare
la pianta dell’ambiente con il diffusore e il punto di ascolto e tracciare il
percorso del suono diretto (rosso) |
Passo 2 Individuare
la prima parete (qui quella di sinistra) e disegnare l’immagine virtuale Lb del
diffusore L. La parete è l’asse di simmetria tra le due sorgenti reale e
virtuale. |
Passo 3 Tracciare
la congiungente da Lb al punto di ascolto (blu-verde). Tracciare la
congiungente da L al punto di intersezione tra la parete ed il raggio blu. Il
percorso della riflessione è in verde. |
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Le
pareti dell’ambiente sono come specchi e ognuna crea una immagine virtuale.
L’immagine virtuale in realtà non esiste e non produce potenza sonora: è un
valido espediente che aiuta a tracciare il percorso delle riflessioni. In un
ambiente parallelepipedo le prime riflessioni sono 6(come le prime sorgenti
virtuali). Di seguito si possono tracciare le riflessioni di ordine superiore
(considerando le immagini virtuali delle immagini virtuali). |
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Nozioni di base: ITG = Initial Time Gap
Lo ITG (Initial Time Gap) è l’intervallo di tempo che intercorre tra l’arrivo del suono diretto e l’arrivo della sua prima riflessione. Nei primi 1-2 millisecondi l’apparato uditivo “calcola” la posizione della sorgente (se questa non è visibile). Più l’ambiente è grande, con la sorgente lontana dalle superfici riflettenti, più lo ITG è alto. Un ITG insufficiente compromette la Chiarezza della riproduzione. È inutile parlare di Alta Fedeltà quando lo ITG è minore di 4 milli secondi. Si noti che il pavimento, pur essendo una ampia superficie “vicina” alla sorgente, non causa i danni maggiori. Probabilmente, proprio perché è sempre presente, il nostro cervello ha imparato ad “escludere” la presenza del pavimento (almeno nel parlato). Il nostro apparato uditivo è molto più sensibile a ciò che avviene sul piano orizzontale rispetto al piano verticale.
Lo ITG si determina con il ray tracing (tracciamento di raggi).
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Sistema
stereofonico. Prime
tre sorgenti virtuali, percorso del suono diretto e riflesso e calcolo di ITG
della prima riflessione laterale. La prima
riflessione laterale (verde) dovrebbe essere la prima a raggiungere il punto
d’ascolto con un ritardo minimo di 4 millisecondi rispetto al suono diretto. Si noti
il diverso angolo di emissione del raggio rosso (diretto) e verde (riflesso) Montando
i diffusori a filo del muro le sorgenti virtuali Lc e Rc svaniscono. |
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Con
questa disposizione gran parte delle riflessioni laterali passano alle spalle
del punto di ascolto (e vi giungono quindi con maggiore ritardo). Anche la
riflessione dalla parete di fondo è molto ritardata quindi lo ITG è più alto.
La sorgente virtuale Lb, seppur presente, è debole (tranne che per le
sorgenti omnidirezionali). Nell’angolo
alle spalle dei diffusori si può mettere una trappola per le basse frequenze
o un assorbitore in poliuretano. Questa “configurazione” è sostenuta da Toole che
dice di utilizzarla a casa propria. La stessa configurazione è stata proposta
anche da Olson 60 anni fa. In sostanza è una soluzione presente “da sempre”
in letteratura ma poco utilizzata (forse per la difficoltà pratica di
realizzarla in ambiente domestico). Va provata anche perché probabilmente è
la migliore. |
Nozioni di
base: Le riflessioni degli angoli
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Gli angoli
hanno una proprietà: ogni raggio sonoro riflesso da due (o tre) pareti che
formano un angolo retto viene riflesso nella stessa direzione da cui proviene
(vedere figura qui a sinistra). Ponendo
del materiale fonoassorbente negli angoli si evita che l’energia sonora, che
transita nel punto di ascolto verso un angolo, vi possa ritornare. Questo
aiuta a creare una zona libera da riflessioni attorno al punto di ascolto
(RFZ Reflection Free Zone):aumenta ITG e limita il mascheramento. Quindi
gli assorbitori in materiale poroso o fibroso posti negli angoli della
stanza, anche se poco efficaci alle basse frequenza, danno comunque un
contributo alla Chiarezza. La
stessa cosa succede nella confluenza di tre parti perpendicolari. Ne segue
che gli assorbitori ad angolo devono essere estesi dal pavimento al soffitto. |
Altre
proprietà rilevanti: le superfici curve (convesse) concentrano le riflessioni
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superficie
sferica |
Se la sorgente
è nel centro di curvatura tutte le riflessioni che partono dal centro tornano
al centro |
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cerchio |
Come la
sfera ma solo sul piano orizzontale |
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ellisse |
Se la
sorgente è in un fuoco, tutte le riflessioni si concentrano nell’altro fuoco |
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parabola |
Se la
sorgente è nel fuoco della parabola tutti i raggi riflessi vengono diretti
parallelamente all’infinito. Se invece la sorgente è all’infinito (onde piane
perpendicolari all’asse della parabola) tutte le riflessioni si concentrano
nel fuoco della parabola (principiodel radar). |
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Superficie
piana |
L’onda
riflessa è piana |
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Generica
superficie curva |
Se il
centro di curvatura cade all’interno dell’ambiente, le riflessioni si
concentrano verso il centro di curvatura della superficie. In generale nel
disegnale un ambiente si devono evitaresuperfici il cui centro di curvatura
cada all’interno dell’ambiente stesso. |
Nozioni di base: Comb–filter e wall dip
A meno che il diffusore non sia incassato e a filo nel muro, ci sarà una frequenza la cui la distanza dal muro è pari a un quarto della lunghezza d’onda del suono emesso (vedi figura). In corrispondenza a tale frequenza si registra un “buco” nella risposta in frequenza del diffusore (interferenza del suono diretto con la riflessione proveniente dalla parete). Questo si chiama “wall dip”. Se l’altoparlante irradia su un angolo inferiore a 180°, il wall dip non può verificarsi.
L’effetto comb-filter (filtro a pettine) è causato dallo stesso meccanismo ovvero l’interferenza del suono diretto e del suono riflesso. In pratica il “wall dip” è il primo “buco” di una risposta tipo “comb filter”.
L’interferenza tra suono
diretto e suono riflesso è favorita dalla presenza di pareti riflettenti ampie
e piatte che si comportano come specchi.
L’effetto comb-filter è udibile specialmente se l’ambiente è assorbente
e le superfici riflettenti sono poche e ampie. Per esempio in una control room
l’unica superficie riflettente tra i diffusori ed il punto di ascolto è la consol di mixaggio e la riflessione su
di essa produce effetti udibili (e fastidiosi).
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Quando la
distanza tra la sorgente e la parete vele un quarto della lunghezza d’onda,
il suono diretto e sua la prima riflessione sono in controfase e si annullano
creando il “wall dip” (buco causato dal muro) L’effetto
“filtro a pettine” (comb filter) è dovuto allo stesso meccanismo che si
ripete per frequenze multiple. |
Nozioni di base: Tempo Critico
In un ambiente sabiniano, affinché un impulso si “diffonda” completamente (perdendo la sua identità di impulso), deve subire un certo numero di riflessioni. La teoria fornisce il “tempo critico” che indica dopo quanto tempo l’impulso ha perduto la correlazione con il suono diretto:
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Durata
impulso |
Tempo
Critico |
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1 milli
Secondi |
Tc = 141
milli Secondi |
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4 milli
Secondi |
Tc = 70.
milli Secondi |
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6 milli
Secondi |
Tc =
35 milli Secondi |
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Tempo
critico per tre impulsi di durata crescente in un ambiente di 80 metri cubi Il tempo
critico dipende dalla radice quadrata del volume quindi raddoppiando il
volume aumenta dl 40% . |
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Il tempo
critico non dipende dal T60 ma dal volume dell’ambiente. In un ambiente da 80
metri cubi un impulso della durata di 1 milli secondo si diffonde in 141 milli
secondi durante i quali percorre circa 48 metri. Se la prima riflessione incide
su un diffusore di Schroeder questo tempo viene di molto ridotto. Più
l’ambiente è piccolo e lo ITG ridotto, più le superfici diffondenti diventano
indispensabili.
Nozioni di
base: Distanza
Critica (raggio di riverberazione)
In un ambiente chiuso convivono il
suono diretto ed il suono riflesso o riverberato. La distanza critica, o raggio
di riverberazione, è la distanza dalla sorgente dove il campo diretto e campo
riflesso hanno lo stesso livello.
È un parametro fondamentale perché la qualità di un
ambiente chiuso dipende sostanzialmente da questo rapporto e dallo ITG. La
distanza critica viene considerata anche nelle control room ed in particolare
ha determinato il passaggio dalla “Dead Room” (quasi anecoica) alla LEDE (Live
End Dead End). La distanza critica non dovrebbe variare troppo con la
frequenza. In particolare non si deve esagerare con il fonoassorbimento al di
sopra dei 4000 Hz.
.
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La distanza critica (o raggio di
riverberazione) aumenta con la radice del fattore di direttività. |
La distanza critica è quella distanza dalla sorgente dove
l’SPL del campo diretto è uguale all’SPL del campo riflesso. Q = fattore di direttività della sorgente T60 = tempo di riverberazione V = volume dell’ambiente Per Q=1 la sorgente è omnidirezionale, Q=2 per una sorgente che irradia su mezzo spazio. Per valori superiori diventa più direttiva. La voce umana possiede Q=2.5 circa. Una tromba tipicamente arriva tra 10 e 26. Dove Q/T60 è costante la distanza critica è costante. |
L’espressione della distanza critica
ottenuta nel riquadro qui sopra deriva dalla seguente espressione dell’SPL
totale a distanza r da una sorgente posta all’interno di un ambiente sabiniani:
Se vale la relazione di Sabine
allora (4/R)=25(T60/V) dove R è la room constant e V il volume dell’ambiente.
Quando si misura il fattore di
direttività di un dispositivo, la distanza critica deve essere calcolata con
precisione. In genere una stima con il 10% di errore è sufficiente.
|
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Andamento del livello sonoro totale man mano che ci si
allontana dalla sorgente. In prossimità della sorgente il campo riverberato è
trascurabile e la pressione decresce di 6 dB per ogni raddoppio della
distanza. Aumentando la distanza il suono diretto diminuisce finché
il campo riflesso diventa dominante. La distanza critica indica la distanza dove campo diretto
e campo riflesso hanno lo stesso livello. Il livello del campo riflesso è lo
stesso in ogni punto dell’ambiente. Tutto ciò vale in un ambiente sabiniano al di sopra della
frequenza di Schroeder |
In una sala da concerto quasi tutto
il pubblico si trova oltre la distanza critica e percepisce un suono riflesso
più intenso del suono diretto (A.G. Bose indica, per le prime file, un rapporto
1:8 ovverosia il suono riflesso è 8 volte più intenso di quello diretto). Per
gli spettatori del loggione il rapporto è ancora più alto. Nella riproduzione
HiFi domestica l’ascoltatore si trova a qualche metro dalla sorgente ed il
rapporto tra suono diretto e suono riflesso si riduce a 1:2 o 1:3 (in gamma
media) e tende a diminuire alle alte frequenze con l’aumentare della
direttività della sorgente. Ciò provoca una distorsione della prospettiva della
scena sonora per cui le frequenze acute sembrano provenire da un punto più
vicino all’ascoltatore (tipico dei sistemi a tromba). Questo effetto può essere
corretto in diversi modi: cambiando la direttività dei diffusori, regolando il fonoassorbimento
delle pareti, con sistemi di radiazione posteriore quali il CLD e la tripletta.
La distanza critica varia con la frequenza seguendo il T60 e il fattore
di direttività. Se
-
il tempo di riverberazione non dipende dalla frequenza
-
il fattore di direttività Q della sorgente non dipende dalla
frequenza
-
la variazione del tempo di riverberazione compensa la
variazione del Q
allora
anche la distanza critica non dipende dalla frequenza. Nei normali ambienti il
tempo di riverberazione diminuisce con la frequenza e la direttività della
sorgente aumenta con la frequenza => il rapporto Q/T60 quindi non è costante
ma aumenta ancora di più all’aumentare della frequenza.
.
Nozioni di
base: Sweet Spot
Il
stereofonia lo sweet spot (letteralmente punto dolce) è il punto o meglio
quella ristretta zona dove si ottiene la miglior riproduzione stereofonica con
il canale centrale virtuale al centro della coppia di diffusori. Aggiungendo il
canale centrale, il sub ed i canali posteriori (sistema 5+1) lo sweet spot si
restringe ulteriormente. Dato che
l’Home Theatre è utilizzato da più persone contemporaneamente questo è una
specie di controsenso.
Nozioni di base: Frequenza di Schroeder
In qualsiasi ambiente chiuso (con pareti parallele o non parallele) si formano delle onde stazionarie (dette anche modi propri di risonanza o modi normali). A bassa frequenza questi modi cadono a frequenze ben separate tra loro mentre, aumentando la frequenza, diventano sempre più numerosi e ravvicinati fino ad essere indistinguibili. Ne segue che lo stesso ambiente deve essere studiato in modo diverso:
- a bassa frequenza si deve tenere conto del contributo di ciascun singolo modo
- alle frequenze più alte si può usare il metodo statistico.
Questi due range di frequenza sono separati dalla “Frequenza di Schroeder” che rappresenta il limite superiore per il calcolo deterministico ed il limite inferiore per il calcolo statistico. In realtà tra le due zone c’è una regione di transizione ma facciamo finta di niente.
Non è difficile prevedere la risposta in potenza di un diffusore acustico, ad una distanza pari a 3 o 4 volte la distanza critica, per frequenze superiori alla frequenza di Schroeder. Il fatto è che questo tipo di risposta è poco interessante perché riguarda una regione dove il suono riverberato è dominante (bassa Chiarezza).
Negli ambienti domestici la frequenza di Schroeder si trova tra 100 e 250 Hz. Nei tipici ambienti da 20-30 metri quadri la frequenza di Schroeder si attesta a 200-250 Hz e la riproduzione delle basse frequenze è fortemente condizionata dai modi normali. Nei teatri e negli auditori la frequenza di Schroeder si trova due o tre ottave più in basso (vedere la tabella qui sotto). In una sala da 10000 metri cubi a 30 Hz i modi normali sono già “non individuabili” e le frequenze basse si “sentono” molto bene.
L’effetto dei modi normali dell’ambiente è quello di creare un campo acustico non omogeneo per cui in alcuni punti certe frequenze sono esaltate mentre in altre le stesse frequenze sono fortemente attenuate. Se non bastasse i modi normali si estinguono lentamente dando origine a fastidiose “code sonore” o rimbombi che limitano la Chiarezza e provocano fatica da ascolto (basso monocorde, mancanza di articolazione).
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Frequenza di
Schroeder per diversi ambienti |
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Volume in metri
cubi |
T60 in secondi |
Freq. Schroeder in Hertz |
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31.2 |
0.4 |
226 |
|
52 |
0.4 |
175 |
|
104 |
1.13 |
189 |
|
1800 |
1.93 |
66 |
|
5400 |
2.68 |
42 |
|
10800 |
2.60 |
30 |
.
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T60 in secondi Volume in metri cubi
La frequenza di
Schroeder divide il range di frequenza dominato dai modi normali dal range di
frequenza dominato dalla riverberazione.
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Nozioni di
base: Effetto Haas o effetto di precedenza
Haas
(1951) studiò la capacità dell’orecchio di determinare la provenienza di un
suono e per fare ciò utilizzò due sorgenti, poste a distanze diverse,
alimentate con lo stesso segnale ma di diversa intensità e con diversi ritardi. In questo modo
stabilì che il cervello riconosce sempre come sorgente quella più vicina (il
suono che arriva per primo, il suono diretto) anche in presenza di sorgenti
concorrenti più intense ma più lontane.
Per questo motivo l’effetto Haas è detto anche “effetto precedenza”.
Haas ha anche provato, indirettamente, che un suono riflesso che giunga entro
un intervallo di 35 millisecondi (o intervallo di integrazione) non viene
percepito come distinto ma come rinforzo del suono diretto (alcuni autori
indicano il “tempo di fusione” in 16mS altri in 50 mS o 100 mS – la soglia
comunque è soggettiva e distinta per musica e parlato). In 35 millisecondi il
suono percorre una distanza di 12 metri. L’effetto Haas rende conto della
capacità del sistema uditivo di associare ad un suono una “sua” riflessione e
di utilizzarla per rinforzare il suono diretto (invece di percepirla come una
eco che degraderebbe l’intelligibilità). Come confermato da studi successivi il
suono riflesso che giunge entro i primi 1-2 milli secondi determina posizione e
dimensione della sorgente virtuale. In presenza di sorgenti concorrenti vicine
l’orecchio non percepisce due sorgenti distinte ma una unica sorgente più
estesa.
In
letteratura viene suggerito un ITG superiore a 4 milli secondi. E’ molto
importante che lo ITG non sia inferiore a 4 milli secondi per non “sporcare”
quel paio di milli secondi necessari per la localizzazione della sorgente.
La
localizzazione di una sorgente dipende dalla sinergia occhio-orecchio e
dall’ascolto intenzionale. Provate a fissare intensamente il tweeter del
diffusore destro … dopo un poco vi sembrerà che il suono provenga in gran parte
da lì (e sarà poi difficile liberarsi da questa sensazione). Comunque
abbassando le luci e ponendo una debole sorgente luminosa, alla giusta altezza,
al centro dei diffusori si è indotti a credere che il suono provenga dalla
sorgente luminosa. Quando la localizzazione della sorgente sonora avviene
attraverso la vista, l’apparato uditivo non interviene (la sensazione è
determinata dal senso prevalente che, rispetto all’udito, è la vista).
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Nota: la
vista non è il senso prevalente. Molto semplicemente il cervello lavora molto
meno per localizzare una sorgente con la vista piuttosto che con l’udito
quindi usa la vista perché fatica meno. Ci sono persone ipovedenti che si
muovono nell’ambiente utilizzando l’eco di schiicchi che producono con la
lingua. L’udito può sostituire, in una certa misura la vista. La lettura
labiale aiuta gli ipoudenti ad interpretare il linguaggio: la vista può, in
una certa misura, sostituire l’udito. |
Nozioni di base: Materiali Fonoassorbenti
Il suono che si riflette su una parete può essere attenuato attraverso due meccanismi:
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Fonoassorbimento (materiali porosi e fibrosi) |
Rallentano la velocità dell’onda sonora (dissipando energia). Vanno posti dove l’onda sonora presenta la massima velocità (ventri di velocità, nodi di pressione – vedere modi normali). |
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Risonanza (risonatori a membrana o a cavità) |
Riducono la pressione sonora (dissipando energia). Vanno posti dove l’onda sonora presenta la massima pressione (ventri di pressione, nodi di velocità – vedere modi normali). |
I risonatori a cavità sono conosciuti come “risonatori di Helmholtz”. Il meccanismo dissipativo è sempre lo stesso: l’energia (acustica) viene convertita in calore. Nel seguito parleremo dei materiali fonoassorbenti perché sono i più adatti per apportare modifiche in ambienti preesistenti. Le trappole acustiche devono essere progettate ad hoc.
I materiali fonoassorbenti si dividono in due tipi: porosi e fibrosi.
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Porosi (Poliuretano o melammina) Il suono, passando attraverso le piccole cavità del materiale, cede energia per attrito alle pareti dei canalicoli. |
A cella chiusa |
Poco efficace |
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A cella aperta
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Efficace (densità = 30-35 kg/m3)
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Fibrosi (Lana di roccia, Lana di vetro) Il suono urta le fibre e le mette in movimento. L’energia
acustica si trasforma in energia meccanica e quindi viene dissipata in calore |
Composto da filamenti più o meno lunghi e impaccati |
Molto efficace (30-40 kg/m3) |
La lana di vetro è più efficace della lana di roccia ma è fastidiosa da maneggiare e rilascia polvere. Per questi motivi si preferisce utilizzare la lana di roccia più facile da maneggiare e posare o materiali sintetici quali il Silsonic. I materiali porosi e fibrosi sono disponibili in forma di pannelli da applicare su una superficie dura. Questi materiali agiscono attraverso due meccanismi diversi ma fanno sostanzialmente la stessa cosa: rallentano la velocità dell’aria.
L’efficacia dei pannelli porosi/fibrosi dipende dallo spessore: l’assorbimento è massimo quando lo spessore del pannello è pari ad un quarto della lunghezza d’onda del suono incidente (valutando la velocità del suono all’interno del materiale). I pannelli porosi possono essere posti sulle pareti, sul soffitto o negli angoli tenendo sempre presente che l’efficacia a bassa frequenza dipende comunque dallo spessore: per un minimo di efficacia sotto i 100 Hz lo spessore deve essere di almeno 15-20 centimetri. Nelle camere anecoiche, dove l’assorbimento a bassa frequenza è fondamentale, le pareti vengono rivestite con dei cunei di materiale fonoassorbente profondi almeno un metro.
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Alla fine, per abbattere le frequenze più basse, l’ingombro di un risonatore a membrana o di un pannello forato, non è dissimile da quello di uno strato di lana di roccia (20 centimetri). La lana di roccia è più economica e non deve essere “accordata” |
Aumentare la densità (impaccamento), oltre un certo limite, non aumenta il fono assorbimento ma lo riduce (l’onda sonora non penetra a fondo nel materiale). I migliori risultati (anche a bassa frequenza) si ottengono con densità di 30-40 kg/m3 (in commercio si trova facilmente lana di roccia da 40 kg/m3).
A parità di risultato (ed in linea di principio) un pannello di poliuretano a cella aperta richiede uno spessore circa doppio rispetto alla lana di roccia (la densità ottimale per il poliuretano è di 30-35 kg/m3). Il poliuretano viene preferito per motivi di praticità di posa, estetica, ecc.
I pannelli fonoassorbenti sono caratterizzati dal “coefficiente di assorbimento” che rappresenta la percentuale di energia incidente che viene “assorbita” dal pannello. Un coefficiente del 40% (o di 0.4) significa che il 40% dell’energia sonora viene assorbito ed il restante 60% viene riflesso. Alcuni pannelli (per esempio con un profilo piramidale) presentano un coefficiente di assorbimento maggiore del 100%. Questo (che può apparire un controsenso) è una conseguenza del metodo di misura adottato.
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Pannello
in poliuretano a cella aperta con profilo piramidale molto efficace da circa
500 Hz in su (>90%). Grafico: per ottenere il coefficiente di assorbimento
in percentuale moltiplicare per 100. A 125 Hz
assorbe il 20% dell’energia incidente. |
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Materiale
fibroso: Lana di roccia ROCKWOOL (pannello Edilizia 211 da 40 kg/m3).
Con spessore di 20 centimetri l’assorbimento a 100 Hz supera il 60%.
Ricoprendo una parete dell’ambiente con uno strato di 20 cm di ROCKWOOL si
controllano efficacemente i modi normali a bassa frequenza. Un pannello di
lana di roccia spesso 8 centimetri
presenta un fonoassorbimento analogo al pannello Mappysil da piramidale da 10
centimetri. |
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Il coefficiente
di fono assorbimento del Mappysil a 500 Hz vale circa 90%. Per ottenere un
pannello con assorbimento pari alla metà (45%) basta coprire la metà della
superficie. Per un risultato ottimale la parte non coperta dovrebbe essere resa diffondente. L’assorbimento
medio dell’ambiente dovrebbe essere del 18-25% (compreso soffitto e
pavimento). La moquette (con sottotappeto) arriva, alle frequenze medie, al
35%. |
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Il Venus
Bass Trap va montato negli angoli dell’ambiente e (in letteratura) viene
giudicato efficace anche sotto i 100 Hz. |
Tutti
questi assorbitori in poliuretano, oltre ad essere ingombranti (si vedano le dimensioni
del VENUS), non sono particolarmente belli da vedere ma hanno il pregio di
essere facili da posare in opera (alcuni sono autoadesivi).
Una
alternativa sono i pannelli forati come quello mostrato nella figura che segue.
A 30 Hz l’assorbimento è superiore al 35%. Aumentando lo spessore
dell’assorbente fibroso all’interno del pannello il massimo assorbimento
diminuisce la ma “campana” si allarga estendendo l’efficacia del pannello ad un
range di frequenze più ampio. Il pannello perde efficacia alle frequenza più
alte.
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Esempio
di pannello forato. La figura rappresenta i valori di assorbimento misurati.
Il volume (dietro al pannello) deve essere a tenuta d’aria. In genere si realizzano
delle “scatole” in MDF (per esempio 60x60x12) a tenuta d’aria e con un lato
forato come richiesto. Il lato forato NON deve vibrare (altrimenti diventa un
risonatore a membrana). |
L’auto costruzione
di risonatori a membrana non è consigliabile a causa della difficoltà di
“accordatura” di questo tipo di dispositivo. Meglio utilizzare pannelli in
poliuretano, lana di roccia o risonatori a pannello forati.
I
risonatori di Helmholts a slat (fessure) sono analoghi ai pannelli forati e
funzionano in base allo stesso principio. Invece di fori, ci sono delle lunghe
fenditure rettangolari. Hanno un aspetto molto gradevole (vds per esempio il
catalogo Gruppo Fantoni) .
Nozioni di base: Materiali Fonoassorbenti: tende e tappeti
Everest, nel suo manuale di acustica, classifica tende e tappeti tra i materiali porosi.
Una tenda, per essere efficace, deve essere fatta con un tessuto pesante (attorno a 0.5 Kg/m2 ) e deve essere drappeggiata almeno al 50% (due metri di tessuto per coprire un metro di parete). Più il drappeggio e “abbondante” e meglio è. Esistono tende appositamente realizzate per essere utilizzate in cinema e teatri. Per quanto riguarda i tappeti, se non sono stesi su un sottotappeto (pad), sono poco efficaci. La moquette equivale ad un tappeto e va sempre posata su un pad. I tappeti sono stesi sul pavimento e la parete contrapposta (il soffitto), di norma è riflettente a causa di ciò il fonoassorbimento di tappeti e moquette è praticamente dimezzato.
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Tende in velluto drappeggiate al 50% |
125 Hz |
250 Hz |
500 Hz |
1000 Hz |
2000 Hz |
4000 Hz |
360 gr/mq |
7% |
31% |
49% |
75% |
70% |
60% |
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460
gr/mq |
14% |
35% |
55% |
75% |
70% |
60% |
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Coefficiente
di assorbimento di una tenda in velluto drappeggiata. A bassa frequenza il
fono assorbimento è basso (ma meglio di niente). Si noti il peso del tessuto. |
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Tappeto in lana |
125 Hz |
250 Hz |
500 Hz |
1000 Hz |
2000 Hz |
4000 Hz |
Con sottotappeto |
20% |
25% |
35% |
40% |
50% |
75% |
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Su cemento |
9% |
8% |
21% |
26% |
27% |
37% |
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Coefficiente
di assorbimento di una tappeto in lana. Il sottotappeto è indispensabile. |
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Nozioni di
base: Assorbitori attivi
L’
assorbitore attivo si presenta esteriormente come un sub woofer.
Si tratta
di un sistema retroazionato che comprende un microfono, un amplificatore che pilota
un sub woofer ed il sistema di controllo. L’assorbitore viene posizionato, per
esempio, dietro al diffusore acustico o in un angolo. Il microfono rileva la
pressione acustica nella sua posizione e il sub woofer viene pilotato in modo
che la pressione sul microfono sia nulla. Quindi l’assorbitore attivo immette
nell’ambiente un suono “uguale e contrario” a quello rilevato e in questo modo modifica il campo acustico presente
nell’ambiente. Si spera in meglio.
Nozioni di
base: DRC
DRC significa Digital Room Correction. Si tratta
di un sistema attivo che utilizza la risposta impulsiva dell’ambiente e la
risposta impulsiva dei diffusori
opportunamente combinate. Le correzioni apportate sono in grado di eliminare
l’effetto dell’ambiente ma solo in una zona limitata di spazio. Per sua natura
il DRC funziona meglio con diffusori acustici a bassa distorsione
(particolarmente di intermodulazione) econ una buona risposta impulsiva
(possibilmente a fase minima). Il DRC è un dispositivo in più lungo la catena di
riproduzione, impegna l’amplificatore ed il diffusore acustico ad un lavoro
extra (devono riprodurre il “normale” segnale e anche i segnali i correzione).
I vantaggi offerti dalla correzione devono essere più importanti dei difetti
introdotti. Che il DRC funzioni è fuori discussione. Rimane un po’ complicato
da utilizzare ma è in continuo miglioramento. Diventerà un must.
Quando si
spostano i diffusori o il punto di ascolto o i mobili, la taratura va rifatta.
Si veda anche l’articolo
Correzione_DRC.htm
Fine della
prima parte
Qui si
conclude la parte introduttiva volta a definire i concetti fondamentali.