Diffusori acustici e Strumenti di Misura: I’ Orecchio

ovvero

Come Valutare il diffusore acustico

di Mario Bon

30 ottobre 2012

(corretto 1 febbraio 2013 e ancora il 2 giugno 2013)

Titoli dei paragrafi di questo capitolo

- A quale volume ascoltare

- Altri aspetti oggettivi e soggettivi

- Test soggettivo

- Come Scegliere un diffusore acustico

- Come valutare il suono di un diffusore acustico

- Criteri integrali di valutazione

- Quanti (e quali) CD servono per formare un giudizio soddisfacente?

- Valutazione della potenza acustica

Come Valutare il diffusore acustico

A quale volume ascoltare

 Si veda l’articolo 299 “A quale volume ascoltare”

Altri aspetti oggettivi e soggettivi

Un aspetto molto importante è il livello del rumore ambientale: se eccessivo, costringe ad “alzare il volume” con la possibilità di eccedere i limiti di affaticamento. Il rumore ambientale ottimale non supera i 20-25 dB. Per poter parlare di qualità della riproduzione il rumore ambientale deve essere mantenuto almeno sotto i 35 dB.

Un modo per ridurre il rumore ambientale è raddoppiare lo spessore del vetro delle finestre (coibentare i cassonetti, eliminare le vibrazioni di pannelli, vetri, maniglie, sopprimere le fonti di disturbo). Ridurre il rumore di 3 dB equivale a raddoppiare la potenza dell’amplificatore.

L’altro aspetto da considerare è che ogni impianto ha un suo “livello ottimale di riproduzione” che dipende da più fattori tra i quali:

L'allineamento delle basse frequenze del diffusore	basta pensare a come agiva e a come veniva utilizzato il controllo del loudness che un tempo era presente negli amplificatori.
La potenza dell'amplificatore e la sensibilità dei diffusori	determinano il tasso di distorsione (un ampli poco potente con diffusori poco sensibili è costretto a clippare in continuazione).
Il livello di rumore ambientale	Il livello di rumore ambientale, se troppo elevato, costringe ad "alzare il volume" (e si torna al punto precedente).
La distanza del punto di ascolto dai diffusori	determina il rapporto tra suono diretto e suono riflesso e dipende dal gusto e dalle abitudini dell'ascoltatore. Un diffusore molto direttivo va ascoltato da lontano (il che implica anche la necessità di "alzare il volume").
Il genere musicale preferito	La musica rock è caratterizzata da fattori di cresta bassi, la musica classica, al contrario, è caratterizzata fattori di cresta elevati.

Ogni ascoltatore ha un "suo" livello di ascolto preferito (ampiamente soggettivo). Quando il livello “caratteristico dell’impianto” coincide con le “preferenze dell'ascoltatore” il risultato è ottimale. Anche per questo esistono migliaia di modelli diversi di diffusori.

Per quanto riguarda la riproduzione domestica, dato che non tutti possono alzare il volume a piacimento, certi diffusori sono impostati per riprodurre al meglio livelli SPL moderati (in sostanza seguono in qualche modo le curve di luodness). Altri invece hanno una risposta in potenza più "piatta" e funzionano meglio a livelli SPL più alti.

Nessuno impedisce di ascoltare musica con picchi di 130 dB a 6 metri. Questa non è una necessità “oggettiva” ma una preferenza “soggettiva”. L’analisi delle condizioni di ascolto della musica riprodotta in ambiente domestico consiglia di ridurre i livelli SPL, rispetto all’evento dal vivo, di una certa quantità (soggettiva anche questa) che può essere indicata in 6-10 dB (Olson consiglia 15 dB). E’ appurato che l’ascolto prolungato a livelli SPL elevati di programmi musicali con fattori di cresta bassi provoca danni permanenti all’apparato uditivo (vds discoteche e ascolto in cuffia con PMP tipo IPod e affini).

Test soggettivo: Un modo per valutare la Qualità di della riproduzione

Le misure forniscono un insieme di risultati sotto forma di numeri, grafici e tabelle. Difficilmente un potenziale utilizzatore spenderà ore per imparare nozioni che probabilmente nemmeno lo interessano. Quindi non è inutile conoscere dei criteri di valutazione basati solo sull’ascolto.

Uno degli ostacoli nella valutazione della qualità della riproduzione di un impianto stereo è che non è noto (tranne casi molto particolari) dove e come è avvenuta la registrazione e nemmeno il timbro dei singoli strumenti utilizzati.

Tuttavia, anche se ogni strumento ha un suo timbro, le dimensioni fisiche e la posizione degli strumenti sono quello che sono: un violino è sempre grande come un violino, e così un pianoforte, ecc. ecc. L'altra cosa che non cambia è la posizione degli strumenti. Questi sono aspetti oggettivi (confrontabili alla realtà e che non richiedono misure ma solo l'esperienza degli ascolti dal vivo).

Ora il caso vuole che, affinché le dimensioni di uno strumento siano riprodotte correttamente, le caratteristiche del sistema di riproduzione debbano essere più che buone. Quando le dimensioni degli strumenti sono rispettate anche la profondità e gli "effetti ambientali”  sono correttamente riprodotti. Per riprodurre tutto questo con la dinamica contenuta nella registrazione le caratteristiche del sistema di altoparlanti devono essere ottime. 

Quindi servono delle registrazioni "ben fatte" di piccoli gruppi musicali, solisti o anche di musica operistica (per le voci) e prestare attenzione alle dimensioni, alla posizione ed alla stabilità della posizione e delle dimensioni di voci e strumenti.

Ci sono

- registrazioni fatte con i microfono molto vicini agli strumenti (che ingigantiscono)

- registrazioni fatte con due soli microfoni lontani (che rimpiccioliscono)

- registrazioni perfette (che conservano le dimensioni degli strumenti).

- registrazioni sovramodulate (compresse in malo modo) che suonano male comunque.

Cambiando registrazione queste diverse "modalità" devono essere chiaramente distinguibili.

In sostanza si tratta di rispondere a queste domande: quanto è grande il pianoforte? Quanto è grande il rullante della batteria? Dove si trova il violoncello? Dove sta il timpano? In particolare la posizione dei diversi strumenti deve essere mantenuta anche durante i pieni orchestrali ed nei passaggi più movimentati. Molto più complicato sarebbe rispondere ad una domanda tipo: è giusto il timbro di quel violino? Questa domanda, infatti, ne sottintende altre (quale liutaio lo ha costruito? Con che archetto viene suonato?…..).

Se una coppia di diffusori è di buona qualità consente di esercitare l’ascolto critico sui singoli strumenti (isolare i singoli strumenti). Questa è un aspetto dell’effetto cocktail party che dipende fortemente dalla registrazione.

Con una registrazione monofonica è virtualmente impossibile separare i diversi strumenti nello spazio.

Se si vuole formulare un giudizio più analitico conviene descrivere gli attributi del suono. L’importante è rispettare un formato standardizzato in modo da rendere i test facilmente confrontabili tra loro. Un formato possibile è il seguente:

Attributo	Descrizione	Voto soggettivo
Calore	Estensione in basso	Da 0 a 10
	Estensione in alto	Da 0 a 10
	Bilanciamento	Da 0 a 10 per esempio C
Fatica da ascolto		Da 0 a C per esempio F
Forza	Massimo livello riproducibile	Da 0 a 10
Chiarezza	Definizione orizzontale	Da 0 a F per esempio Ch1
	Definizione verticale	Da 0 a F per esempio Ch2
Spazialità	ricostruzione orizzontale	Da 0 al minimo tra Ch1 e Ch2 Per esempio B
	ricostruzione profondità	Da 0 a B
	ricostruzione altezza	Da 0 a B
Brillanza	Sorgente ausiliaria	Da 0 a 10
Interfacciabilità	Ampli-diffusore (impedenza)	Da 0 a 10
	Diffusore-ambiente	Da 0 a 10
	Sensibilità	Da 0 a 10
Altro	Versatilità, estetica e finiture	Da 0 a 10

Si noti come il massimo voto attribuibile alla Fatica da Ascolto non possa superare il voto attribuito al Calore (e lo stesso per la Chiarezza e la Spazialità) in questo modo si tiene conto della gerarchia degli attributi e si impedisce di attribuire un voto soggettivamente alto, per esempio alla Spazialità, quando la Chiarezza o il Calore sono stati giudicati non ottimali. Con questo sistema per ottenere 10 in Spazialità si deve ottenere 10 in tutti gli attributi “precedenti”. Gli attributi effettivamente ortogonali sono valutati individualmente con voto da 0 a 10. E’ evidente che un voto insufficiente in Calore o Fatica da Ascolto compromette il voto finale.

Test Oggettivo

Un test oggettivo consiste in un insieme di dati e tabelle che riportano grandezze correlate, direttamente o indirettamente, agli attributi del suono del diffusore acustico. Una parte riguardano gli attributi primari (o monodimensionali) e una parte devono riguardare la coppia (perché i diffusori vengono utilizzati a coppie). L’impedenza elettrica non ha una influenza diretta sul suono del diffusore ma interessa l’amplificatore: se l’impedenza è troppo tormentata o con minimi troppo bassi, l’amplificatore potrebbe trovarsi in difficoltà (suonare “male”).

Il set di misure
un diffusore	in asse a 90 dB	Risposta in frequenza, sensibilità (Vrms per ottenere 90 dB).	Calore
	in asse a 90 dB	Distorsione integrale	Fatica da ascolto
	in asse a 85 dB	Risposta in frequenza (*)	Fatica da Ascolto (Compressione)
	in asse a 95 dB	Risposta in frequenza (*)
	in asse a 105 dB	Risposta in frequenza (*)
	a banco	Spostamento volumetrico	Forza
	in asse a 90 dB	waterfall,	Chiarezza
	in asse a 90 dB	Eccesso di fase	Chiarezza
	30° a 90 dB	Risposta in frequenza	Spazialità (Dispersione Orizzontale)
	60° a 90 dB	Risposta in frequenza
	Differenza tra i diffusori	Risposta in frequenza destro-sinistro in parallelo e in controfase	Spazialità
	a banco	Impedenza elettrica e minimo della parte reale	Interfacciabilità

due diffusori	Visual inspection	Specularità	Spazialità
	Visual inspection	Risposta in frequenza destro-sinistro	Spazialità
	Visual inspection	Sorgenti Ausiliarie (CLD)	Brillanza

Come Scegliere un diffusore acustico

In altri articoli abbiamo visto come classificare i diffusori rispetto al carico (alla riproduzione delle basse frequenze) alla radiazione (modello di spazialità) alla sensibilità ed alla impedenza.

La valutazione del diffusore acustico va fatta in funzione dell’ambiente, del tipo di musica ascoltata, del livello SPL che si desidera raggiungere.

Un diffusore deve poter riprodurre qualsiasi genere musicale. Tuttavia un appassionato di musica d’organo e un appassionato di Woody Ghutrie (che canta ballate country accompagnandosi con la chitarra) hanno oggettivamente esigenze diverse.

Musica d’organo	Risposta estesa fino a 16Hz	Sub-woofer, ambiente con diagonale minima di 22 metri Amplificatori potenti e diffusori di sensibilità medio-alta Preferenza per LE (omnidirezionale)
Woody Ghutrie	Cantante folk e chitarra Risposta estesa fino a 80 Hz	Ambiente 10 m^2, Mini diffusori da stand, amplificatore da 20 Watt. Preferenza per Chiarezza (radiazione diretta)

Esistono, evidentemente tutte le situazioni intermedie possibili.

Dato che la qualità della riproduzione è determinata dalla qualità del materiale da riprodurre, se si ascolta prevalentemente musica pop/rock moderna (pubblicata negli ultimi 10 anni) non conviene investire su impianti HiFi che metterebbero in evidenza tutti i difetti delle pessime registrazioni che caratterizzano questi generi: meglio investire su una coppia di diffusori “professionali” fabbricati apposta per fornire SPL elevati. Una registrazione scadente è meno fastidiosa se riprodotta da un impianto di qualità non elevata.

Come valutare il suono di un diffusore acustico

L’ambiente d’ascolto è responsabile del risultato finale in larghissima misura. I test di ascolto dovrebbero essere condotti in un ambiente idoneo e con un tempo di riverberazione contenuto (T60 attorno a 0.4 mS).

Ci sono due estremi: i diffusori che suonano divinamente (e chiunque se ne rende conto) oppure i diffusori che suonano malissimo (altrettanto facile da capire perché producono, da subito, fatica da ascolto). Il problema sta in tutte le situazioni intermedie. In sostanza i difetti udibili sono facilmente individuati, i difetti tollerabili producono sensazioni soggettive più difficili da determinare e quantificare. Prima di formulare un giudizio definitivo su un diffusore acustico, sempre che l’ambiente non presenti difetti particolari, si devono fare alcune operazioni:

Ridurre il rumore ambientale	Qualsiasi forma di rumore, qualsiasi ne sia la causa, limita la Chiarezza (vedi attributi del suono)
Sperimentare più posizioni nell’ambiente	La posizione del diffusore rispetto alle pareti è fondamentale per la riproduzione della gamma bassa e medio-bassa (Calore). La distanza dal punto di ascolto e l'orientamento sono ugualmente importanti (Spazialità).
Verificare se cavi e amplificatore sono adatti alla bisogna	Se il diffusore presenta una impedenza “difficile” potrebbe richiedere un amplificatore più potente o dei cavi di sezione maggiore.
Sottoporre i diffusori ad un periodo di rodaggio	Dopo qualche decina di ore di norma i diffusori suonano meglio. Il rodaggio può essere accelerato utilizzando rumore rosa a livello SPL consistente.

Negli ambienti più riverberanti è opportuno avvicinare il punto di ascolto e comunque si deve ricercare la posizione relativa (diffusori-ascoltatore) che produce il giusto bilanciamento tra suono diretto e suono riflesso. Il “giusto bilanciamento” è quello che piace soggettivamente di più.

Fatto tutto questo si dovrebbe aver ottenuto un Calore (bilanciamento tonale) soddisfacente. Vanno valutati due aspetti fondamentali: la fatica da ascolto e la ricostruzione delle dimensioni e dalla posizione degli strumenti. La fatica da ascolto è quella sensazione di fastidio e stanchezza che subentra dopo un ascolto (più o meno) prolungato. Se sopravviene dopo meno di un’ora c’è qualche cosa che non va (poco importa cosa). Se arriva dopo 4 ore la si può considerare tollerabile oltre le 4 ore potrebbe essere fisiologica (e non imputabile all’impianto).

La ricerca di difetti specifici va fatta attraverso la valutazione degli attributi del suono e con la misura delle quantità che li rappresentano.

Quanti (e quali) CD servono per formare un giudizio soddisfacente?

Ogni registrazione ha le sue caratteristiche determinate dalla tecnica di registrazione (per esempio il numero di microfoni utilizzati) e dagli interventi di compressione, limitazione, equalizzazione, ecc. che ha subito. Statisticamente le registrazioni di musica classica sono le migliori.

Si devono utilizzare più CD e cercare di individuare le caratteristiche ricorrenti della riproduzione. Per esempio gli strumenti sono prevalentemente troppo lontani o troppo vicini, troppo grandi o troppo piccoli, la scena si sviluppa in profondità o si presenta prevalentemente piatta, è contenuta tra i due diffusori o si dilata fino alle pareti laterali... In particolare l’altezza dello “stage sonoro” (altezza delle sorgenti virtuali) è determinata principalmente dal diffusore (e dalla forma del padiglione auricolare dell’ascoltatore). L’ascolto di un brano in monofonia serve per definire la corretta posizione del canale centrale (che deve apparire prodotto da un “punto” al centro dei diffusori). I dischi di test hanno sempre una traccia monofonica.

Sono quindi necessari più CD, tutti ben registrati, con esecuzioni di strumenti acustici (gli strumenti elettronici non hanno una dimensione fisica definita) il cui timbro e dimensioni sono più familiari . I programmi musicali più adatti comprendo in primis la musica operistica e classica in genere, il jazz ed il blues acustico. Per la riproduzione della voce forse il test migliore è la musica lirica (che contiene anche parti recitate). I generi meno adatti sono il pop (quasi sempre sovramodulato e suonato con strumenti amplificati) e la musica elettronica (indicata per valutare la Chiarezza ma non la Spazialità). La riproduzione della voce è uno dei test più significativi perché consente di valutare l’intelligibilità della parola (una operazione nella quale l’apparato uditivo è particolarmente esperto e che richiede ottima Chiarezza). Nella valutazione non si devono usare DVD video e, se si usano, si deve oscurare l’immagine: in presenza dell’ immagine della sorgente la localizzazione viene fatta dalla vista e non dall’udito.

E’ fondamentale valutare preventivamente la qualità tecnica delle registrazioni attraverso l’analisi statistica della distribuzione dell’ampiezza (ASDA) . I CD utilizzati per i test non devono essere sovramodulati e devono presentare un fattore di cresta indicativamente maggiore di 5.

Questo non perché le altre registrazioni non siano valide all’ascolto ma semplicemente per escludere la presenza di “fonti di errore” (le sovramodulazioni) che potrebbero portare ad attribuire all’impianto stereo difetti che non gli appartengono. Si tratta quindi di una precauzione in più.

La dinamica è una proprietà della registrazione (rappresentata indirettamente dal fattore di cresta). Per restituire la dinamica di una registrazione devono essere verificate quattro condizioni:

- il rumore di fondo (ambientale ed elettronico) deve essere basso

- i diffusori devono possedere la Chiarezza per riprodurre i pianissimo

- i diffusori devono possedere la Forza per riprodurre ii fortissimo

- l’amplificatore deve disporre della potenza necessaria.

Se la sensibilità dei diffusori è alta sarà necessaria meno potenza per raggiungere l’SPL richiesto.

La limitazione più importante è il rumore ambientale: quando il rumore è eccessivo si è costretti ad “alzare il volume” il che aumenta la probabilità di portare l’amplificatore al clipping aumentando anche la distorsione prodotta dai diffusori acustici.

Non abbiamo detto della “fatica di ascolto”: ogni audiofilo sa che un buon impianto non stanca ma, al contrario, invita ad alzare sempre di più il volume (perché l’apparato uditivo adegua la sensibilità al livello del suono percepito). La fatica di ascolto, nel lungo periodo, dipende dalla distorsione integrale che ha, sulla Spazialità, un effetto mascherante. Una buona ricostruzione spaziale implica un tasso di distorsione integrale basso (ai limiti della non udibilità). E’ anche vero che ogni impianto dà il meglio a certi livelli di volume: quelli che affaticano troppo funzionano meglio spenti.

La valutazione della Potenza Acustica.

La risposta in potenza del diffusore acustico non deve essere necessariamente piatta (costante a tutte le frequenze) ma non deve nemmeno avere buchi o brusche variazioni. Farsene una idea con delle misure non è difficile ma bisogna posizionare il microfono molto lontano dai diffusori dove il suono riflesso predomina sul suono diretto (almeno 4 volte la distanza critica). Nei normali ambienti non c'è spazio sufficiente ergo si va ad ascoltare "nella stanza a fianco" dove arriva, attraverso la porta aperta, solo il suono riflesso. Si tratta di un trucco banale ma efficace (vedasi lo studio della radiazione di corpo nero).
Per capire quello che succede si consideri questo esempio: in una scatola, con le superfici interne a specchio, sono contenute tre lampadine: una rossa, una verde e una blu. Praticando un foro su una parete della scatola ne esce luce bianca. Questo significa che le tre lampadine producono la stessa intensità luminosa, quello che esce dal buco è la sovrapposizione della luce emessa delle tre lampadine riflessa dalle pareti all’interno della scatola. Se invece esce luce colorata significa che certe lampadine fanno più luce delle altre o che certi colori vengono assorbiti dalle pareti della scatola più di altri. Il principio è lo stesso.

Quindi, se ascoltando l’impianto dalla stanza accanto, si percepisce un suono gradevole e con un bilanciamento timbrico (Calore) accettabile, significa che la risposta in potenza dell’insieme “diffusori+ambiente” è, se non perfetta, almeno decente.

Questa è, a tutti gli effetti, una misura indiretta dello spettro della potenza acustica emessa da un diffusore.

I diffusori dotati di CLD sono particolarmente performanti proprio sotto questo aspetto.

In un ambiente molto grande, come già detto, è sufficiente posizionare un microfono omnidirezionale il più possibile lontano dai diffusori. Se l’ambiente è perfettamente riverberante questa misura dà effettivamente la risposta in potenza della sorgente. In un ambiente domestico si ottiene la risposta in potenza del sistema diffusori+ambiente (con un calo di potenza alle alte frequenze). Non devono comunque essere presenti “buchi” localizzati che possono essere imputati ad un difetto della sorgente o a un maggiore fonoassorbimento dell’ambiente localizzato su certi range di frequenza (entrambe negativi).