Allineamento delle base frequenze:

Passaggio da spazio intero a mezzo spazio

di Mario Bon

I modelli noti per ottenere la risposta in frequenza di un altoparlante si riferiscono ad alcunimodelli ideali:

- pistone su schermo infinito

- pistone alla fine di un lungo tubo

- pistone montato su una sfera

- calott sferica vibrante su sfera

il pistone posto alla fine di un lungo tubo non differisce troppo dal pistone montato su una sfera (la potenza acustica erogata è la stessa). Per questi due modelli sono disponibili i circuiti equivalenti (a 5 parametri). Il loro uso è comunque limitato dalla profondità del cono (il modello prevede un pistone piatto)

Le espressioni matematiche complete sono scomode da trattare e danno comunque risultati approssimati rispetto al carico reale. Conviene allora utilizzare una soluzione approssimata più pratica che si riduce ad un polo e uno zero.

Per un diffusore a colonna con h/w =5 d=1.7w e f0= 20/w dove w è la larghezza del pannello.

e’ del tutto evidente che l’approssimazione vale per uno schermo circolare, quadrato e rettangolare con approssimazione crescente.

Questa correzione dipende sostanzialmente dalla diversa impedenza di radiazione fornita dai diversi tipi di carico (le dimensioni del pannello dove è montato il woofer). Il carico più alto è quello del pistone su parete infinita. Il carico più basso è il pistone posto alla fine di un lungo tubo. La potenza acustica emessa è la stessa ma viene distribuita su un volume doppio, la differenza in termini di SPL in asse è di 6 dB, il fattore di direttività varia da 1 (schermo infinito) a 2 (lungo tubo).

Il grafico che segue mostra tre situazioni (quella corrispondente a oltre 500 litri non è di interesse pratico). L’approsimazione è più aderente per i box di piccole dimensioni. Ricordiamo che il fattore di direttività è inversamente proporzionale alla parte reale della impedenza di radiazione quindi modificare l’impedenza di radiazione significa modificare il fattore di direttività.

Quando un woofer è molto vicino al pavimento la correzione non dovrebbe essere necessaria (se la distanza da pavimento è d, il woofer appare appoggiato fino a frequenze nell’ordine di lamda=0.25 d. Per esempio 30 centimetri -> 290 Hz circa). Qui si capisce come abbia ragionato Allison che poneva il woofer il più possibile vicino al pavimento (ma poi era costretto a porre la frequenza di taglio tra woofer e medio a 500 Hz perché usava un medio a cupola). L’idea di Allison era molto buona ma doveva essere accompagnata dall’uso di un medio che potesse essere tagliato a 200 Hz..

Alcuni compensano la variazione di SPL dovuta alla transizione da Q=1 a Q=2 con la equalizzazione polo/zero vista prima. Questo deve essere sicuramente fatto quando gli altoparlanti sono utilizzati all’aperto. Non va fatto o non va fatto completamente quando gli altoparlanti sono utilizzati al chiuso. C’è anche chi afferma che montare un altoparlante su un pannello stretto riduca l’efficienza: questa è follia pura. Basta fare i conti per trovare differenze che sono inferiori all’errore di misura.

il 10F/84w4G00 è un altoparlante larga banda da 3” (nominali) che, in camera anecoica e su schermo infinito, presenta una risposta in frequenza piatta da 200 a 1000 Hz. Una volta montato su schermo limitato la risposta apparirà in salita con i 200 Hz almeno 3 dB sotto i 1000.

Data la forma non sferica del cabinet la transizione presenterà delle variazioni brusche dovute alla diffrazione ai bordi del pannello.

Risposta in frequenza del larga banda da 3” misurata su schermo infinito. Da 1000 Hz la risposta diventa crescente a causa

- delle rotture del cono (diminuzione della massa efficace)

- effetti tromba del diaframma (aumento del fattore di direttività)

questo aumento di SPL in asse è compensato dall’aumento della induttanza della bobina mobile. Tuttavia negli altoparlanti migliori l’induttanza viene tenuta bassa quindi l’SPL in asse sale più decisamente.

Questo altoparlante presenta la tipica risposta in frequenza adatta per l’impiego di due unità in quasi-parallelo. Questo consente di rendere la risposta piatta conservando la dispersione polare prossima a quella del singolo altoparlante.

La figura che segue mostra il beamwidth ovvero la”larghezza del fascio”. In particolare indica in corrispondenza a quale angolo la risposta in frequenza caladi 6 dB rispetto alla misurain asse in funzione della dimensione dello schermo e del diametro dell’altoparlante.

Si tratta di un grafico molo utile che in passato era riportato in molti testi anglosassoni.

Evidentemente la beamwidth correlata sia al fattore di direttività che alla risposta in potenza (attraverso il diametro dell’altoparlante). Il grafico conferma quello che ci aspetta dal punto di vista teorico.

Quando la beamwidrh è minore di 90° è possibile controllare la quantità di riflessioni laterali regolando l’orientamento (toe in) del diffusore.

Allineamento delle basse frequenze

di Mario Bon

11 luglio 2015, 31 dicembre 2018

Nella progettazione di un diffusore una delle cose più importanti è l’allineamento delle basse frequenze. Sappiamo che la vicinanza delle pareti provoca un incremento della SPL alle bassa frequenze (della SPL non del rendimento!). La vicinanza di una parete concentra la potenza acustica in mezzo spazio quindi, nello spazio limitato la potenza raddoppia rispetto allo spazio libero (+ 3 dB).

La domada è: come e quanto si deve tenere conto di questo incremento? E’ più giusto puntare ad una risposta al rumore rosa piatta in ambiente o piatta in camera anecoica?

Prendiamo un contrabbasso che emette una certa potenza acustica: in teatro la potenza acustica si distribuisce in un grande spazio dove l’effetto dei modi normali dell’ambiente è piccolo. Se portiamo lo stesso strumento nel soggiorno di casa la potenza emessa è distribuita in un volume molto minore e lo strumento suonerà molto più forte con delle risonanze e delle code causate dall’ambiente.

La domanda fatta prima può essere riproposta in questo modo: Se il contrabbasso è stato registrato in teatro, nella riproduzione domestica deve suonare come suonave a teatro o come suonerebbe se fosse nel soggiorno?

Affinché suoni come se fosse nel soggiorno si deve riprodurre la potenza acustica ed il pattern di radiazione del contrabbasso reale (che dovrebbe essere registrato in camera anecoica), se deve riprodurre il suono che aveva in teatro si deve riprodurre il bilanciamento tonale e la spazialità del teatro ma in scala ridotta (perché il soggiorno è più piccolo del teatro). Si tratta di due punti di vista completamenti diversi. Prima si decide cosa si vuole riprodurre e poi si potrà valutare la fedeltà. Va notato che, se una orchestra deve essere riprodotta “in scala” lo sarà anche la potenza acustica emessa.

La risposta in frequenza dell’apparato uditivo cambia con il livello SPL.

Risposta piatta in ambiente	il diffusore suonerà meglio a volume alto e va avvicinato alle pareti. Relativamente più facile da posizionare
Risposta piatta in camera anecoica	il diffusore suona meglio a volumi relativamente bassi (effetto loudness) e lontano dalle pareti . Più difficile da posizionare. Meglio tenerlo lontano dagli angoli.

Va da sé che allineando la risposta “piatta in ambiente” si ottiene un diffusore più sensibile, mentre allineando le basse frequenze per la camera anecoica si devono attenuare le frequenze medie e alte e si ottiene un diffusore meno sensibile.

Dato che il diffusore va utilizzato in ambiente domestico si deve tenere conto della presenza delle pareti. Poi ciascuno deciderà sulla opportunità di allineare le basse in un modo o nell’altro. Comunque, per dare un giudizio completo su un diffusore acustico, bisogna ascoltarlo sia ad “alto” che a “basso” volume dove “alto” e “basso” sono i livelli SPL che pensiamo di utilizzare nel nostro ambiente domestico.

Un sistema capace di produrre 140 dB a 5 metri in un ambiente da 250 metri cubi è esageratamente sovradimensionato per sonorizzare un soggiorno domestico (magari in un condominio). È meglio ricercare la “qualità” piuttosto che la “quantità”.La pressione di picco consigliata nel punto di ascolto con due diffusori in funzione è di 113 dB (ing. R. Giussani).

Ne segue che, a seconda di come vengono allineate le basse frequenze, cambia il livello (o il “volume”) più adatto per la riproduzione. Ne segue ancora che ci sono diffusori più adatti alla riproduzione di livelli SPL contenuti ed altri più adatti per la riproduzione di livelli SPL elevati.

Dato che la risposta dell’apparato uditivo non è standardizzata ma varia da individuo a individuo, a prescindere dalla posizione del diffusore in ambiente, ci sarà chi sente più bassi e chi meno.

Alcuni amplificatori dispongono del controllo di loudness che modifica la risposta in frequenza per “adattarla” alle condizione di ascolto a basso SPL.

Di seguito sono riportati alcuni esempi di allineamento delle basse frequenze.

Nel leggere i grafici che seguono si deve tenere conto che alcune misure sono state ottenute misurando le frequenza basse in campo vicino (il che ne eleva il livello a seconda delle dimensioni del pannello frontale).

Un esempio di misura effettuata in camera anecoica a un metro di distanza e nel campo vicino di un woofer. Si notino due cose: la differenza di livello (tra le due misure) che va a diminuire verso le frequenze più alte e la presenza (nella misura a distanza maggiore) dell’effetto delle onde stazionarie presenti nella camera. Se in camera anecoica (a un metro di distanza) si vede l’effetto delle onde stazionarie figuriamoci cosa succede in un ambiente domestico.

Confronto di risposta alle basse frequenze rilevata in condizioni diverse.

La risposta in campo vicino è la stessa in camera anecoica ed in laboratorio.

Alta Fedeltà - Maggio 1983 – camera anecoica	Audiovisione, campo vicino fino a 250 Hz (?)	Suono n.98 novembre 1980 – campo vicino fino a 200 Hz
Risposte in frequenza del diffusore Epicure 2.0 in diverse condizioni. Notare la risposta a bassa frequenza

I grafici qui a fianco mostrano come si modifica la risposta in frequenza di un diffusore acustico in funzione della posizione rispetto alle tre pareti vicine (pavimento, laterale, di fondo).

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Risposte “ideali” proposte da diversi autori: una vale l’altra. Attualmente le riviste anglosassoni ricercano una risposta “piatta” in ambiente da 200-300 a 4-5000 Hz e una attenuazione regolare sulle ottave superiori. Tutte queste risposte “ideali” presuppongono un determinato modello di radiazione del diffusore. In sostanza queste curve si applicano a diffusori a radiazione diretta di scuola inglese. Diffusori dipolari, omnidirazionali, a tromba, ecc.. non devono avere necessariamente questi tipi di andamento.

Dal momento che il coefficiente dicono assorbimento degli ambienti domestici aumenta con la frequenza (oltre i 4000 Hz) più ci si allontana dalla sorgente più la risposta si avvicina a una di quelle indicate qui sopra.

Se invece si misura in campo vicino la risposta potrà risultare anche leggermente crescente verso le alte. Si veda a tale proposito il rapporto ra impedenza di radiazione e fattore di direttività

Allineamento della Opera Quinta progettata da GPM – probabilmente il miglior allineamento con la gamma bassa 3 dB sotto alle medio alte – Si noti l’allineamento con doppia pendenza che decresce a partire da 100 Hz.

Allineamento del modello Opera Tebaldi (2006) – anche questo non è male. – Molto buono anche a basso volume.

Una equalizzazione che “suona” in modo molto gratificante: la depressione tra 3 e 4 kHz riduce la dimensione apparente della sorgente che appare più “piccola” e più al centro. L’esaltazione delle basse frequenze serve per favorire l’ascolto a livelli SPL non troppo elevati. La gamma media, in leggera evidenza, dà una impressione di presenza. Contemporaneamente il range attorno i 200 Hz è leggermente depresso e questo migliora la sensazione di articolazione e riduce la dimensione della sorgente virtuale. Può piacere o non piacere. Si noti comunque che tra 100Hz e 20kHz la variazione rimane confinata antro 3-4 dB. Sotto i 100 Hz l’orecchio è poco sensibile e poco selettivo quindi i margini di equalizzazione soggettiva sono ampi.

Questa equalizzazione è stata ottenuta con DRC quindi può essere cambiata a piacimento.