Come posizionare i diffusori - L'ambiente d'ascolto (Parte Prima di tre)

di Mario Bon

2 Aprile 2012 (rivisto il 16/05/2016)

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 dispersone
Diffusori: dimensione del pannello frontale e localizzazione della sorgente
Diffusori: slap echo
Diffusori: 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 locale
Semplici 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

 

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.

 

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.

 

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).

 

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. 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.

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 e la frequenza di Schroeder e altro. 

 

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 fatte 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.

 

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 audio).

 

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.

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, 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. 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 secondi a 500 Hz.

 

Nozioni di base: Ambiente Sabiniano

 

Un ambiente si dice “sabiniano” quando il tempo di riverberazione T60 può essere calcolato con la formula di Sabine. Ciò accade quando il fonoassorbimento delle superfici è moderato, omogeneo e omogeneamente distribuito realizzando così la condizione di campo perfettamente diffuso (almeno da una certa frequenza in su). Gli ambienti sabiniani sono rari e il campo riflesso raramente è perfettamente diffuso. Tuttavia ipotizzare le condizioni di campo diffuso è l’unico modo per ottenere la stima del tempo di riverberazione senza eseguire misure dirette. L’ambiente sabiniano, a causa del T60 “lungo” non è adatto alla riproduzione musicale. 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 di ascolto e una certa concentrazione e distribuzione 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”. 

 

Nozioni di base: Ambienti problematici.

 

Non tutti gli ambienti sono adatti o adattabili alla riproduzione della musica

 

Molti lo diventano apportando opportune correzioni (con l’impiego di materiali fono assorbenti, 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, ecc. Un soffitto spiovente 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

 

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 dello 
specchio (suono trasmesso).
 
L’energia  E trasportata dal suono incidente si conserva quindi:
 
Eincidente = Eriflessa + Eassorbita + Etrasmessa 
 
L’energia assorbita si trasforma in calore.
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 essa. 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.
 

Costruzione di una riflessione con il ray-tracing.

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.

Le pareti dell’ambiente sono come specchi e ognuna crea una immagine virtuale. In un ambiente parallelepipedo le prime riflessioni sono quindi 6. Di seguito si possono tracciare le riflessioni di ordine superiore (considerando le immagini virtuali delle immagini virtuali)

 

Nozioni di base: ITG Initial Time Gap

 

Lo ITG (Initial Time Gap) è l’intervallo di tempo che intercorre tra la percezione del suono diretto  e la percezione della sua prima riflessione. Durante questo breve intervallo l’apparato uditivo “calcola” la posizione della sorgente. 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 o tentare un ascolto da 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 particolari effetti.  Probabilmente, proprio perché è sempre presente, il nostro cervello ha imparato ad “escludere” la presenza del pavimento.  Il nostro apparato uditivo è molto più sensibile a quello che avviene sul piano orizzontale rispetto al piano verticale.

Lo ITG si determina con il ray tracing.

 

 

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.

 

 

Con questa disposizione gran parte delle riflessioni laterali passano alle spalle del punto di ascolto (e giungono quindi con maggiore ritardo)

 

Anche la riflessione dalla parete di fondo è molto ritardata quindi lo ITG è 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 50-60 anni fa.

 

Nozioni di base: Le riflessioni degli angoli

 

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) ed è utile per limitare 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 (o convesse) concentrano le riflessioni

 

superficie sferica

Se la sorgente è nel centro di curvatura tutte le riflessioni che partono dal contro tornano al centro

cerchio

Come la sfera ma solo sul piano orizzontale

ellisse

Se la sorgente è in un fuoco, tutte le riflessioni si concentrano nell’altro fuoco

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.

Superficie piana

L’onda riflessa è piana

Generica superficie curva

Se il centro di curvatura cade all’interno dell’ambiente, le riflessioni si concentrano verso il centro di curvatura della superficie

 

 

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 semi lunghezza d’onda è pari a due volte  la distanza del diffusore dal muro alle sue spalle (vedi figura). In corrispondenza a tale frequenza si registra un “buco” nella risposta in frequenza del diffusore. Questo si chiama “wall dip”.

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 uno “specchio”.  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).

 

Quando la distanza tra la sorgente e la parete vele un quarto della lunghezza d’onda il suono diretto e 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:

 

Durata impulso

Tempo Critico

1 milli Secondi

Tc = 141 milli Secondi

4 milli Secondi

Tc = 70. milli Secondi

6 milli Secondi

Tc = 35  milli Secondi

Tempo critico per tre impulsi di durata crescente in un ambiente di 80 metri cubi

 

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. Poco citata in letteratura 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 fono assorbimento al di sopra dei 4000 Hz.

 

Distanza critica per una sorgente puntiforme.

In metri, con:

Volume = volume dell’ambiente in metri cubi

T60 = tempo di riverberazione in secondi

 

 

Andamento del livello sonoro 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. Si noti che 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 (a parte forse le prime file) 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

 

allora anche la distanza critica non dipende dalla frequenza.  Nei normali ambienti il tempo di riverberazione diminuisce con la frequenza (e la distanza critica aumenta con la 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 con il canale centrale virtuale al centro della coppia di diffusori. Aggiungendo il canale centrale ed i canali posteriori (sistema 5+1) lo sweet spot si restringe ulteriormente.

 

Nozioni di base: Frequenza di Schroeder

 

In qualsiasi ambiente chiuso (con pareti parallelo e 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 mentre 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. 

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 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.

 

Frequenza di Schroeder per diversi ambienti

Volume in metri cubi

T60 in secondi

Freq. Schroeder in Hertz

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


 

 

 

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.

 

calcolo

deterministico

Frequenza

di Schroeder

calcolo

statistico

 

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).  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 è sempre la vista).

 

Nozioni di base: Materiali Fonoassorbenti

 

Il suono che si riflette su una parete può essere attenuato attraverso due meccanismi: 

 

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).

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.

 

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

A cella aperta

 

Efficace (densità = 30-35 kg/m3)

 

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 (30-35 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.

 

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). Una densità troppo bassa riduce ugualmente l’assorbimento. I migliori risultati (anche a bassa frequenza) si ottengono con densità di 30-35 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 e sempre 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.

 

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.

 

 

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 10 centimetri.

 

 

 

 

 

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 20-25% (compreso soffitto e pavimento). La moquette (con sottotappeto) arriva, alle frequenze medie, al 35%.

 

 

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 mettere 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.

 

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 fono assorbimento di tappeti e moquette è praticamente dimezzato.

 

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%

460 gr/mq

14%

35%

55%

75%

70%

60%

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.

 

Tappeto in lana

125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

Con sottotappeto

20%

25%

35%

40%

50%

75%

Su cemento

9%

8%

21%

26%

27%

37%

Coefficiente di assorbimento di una tappeto in lana. Il sottotappeto è indispensabile.

 

 

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). 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. Resta da capire se questo sistema “funziona” con qualsiasi catena di riproduzione o se richiede un minimo di qualità di partenza. Se funziona come si legge e se si potrà realizzare un sistema facilmente utilizzabile da qualsiasi utente, potrebbe diventare un must.  Attualmente richiede l’uso di un PC o di un processore dedicato e una procedura di taratura che include anche misure in ambiente (9 misure per il sistema Dirac). Quando si spostano i diffusori o il punto di ascolto 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.

 

Seconda parte