Qui di seguito:

Limiti (di udibilità)

Limiti (di udibilità) della ampiezza

Limiti (di udibilità) della distorsione

Limiti (di udibilità) della fase:

Limiti (di udibilità) della frequenza

Limiti (di udibilità) degli impulsi

Limite Udibilità delle Prime Riflessioni

Limite di Udibilità del Ritardo di Gruppo

Limite di Udibilità della Riverberazione

Lmite di Udibilità del timbro

 

Limiti (di udibilità):

nella figura è rappresentata l'area di udibilità compresa tra la soglia di udibilità e la soglia del dolore. Le aree interne rappresentano le aree interessate dalla musica e dal parlato. Vedere anche  Infrasuono, infrasonico, Loudness, Limiti (di udibilità) della ampiezza.

 

 

Limiti (di udibilità) della ampiezza: la percezione dell’ampiezza, ovvero del livello SPL, con toni puri porta alla definizione delle curve di Loudness (in cuffia, per campo diretto, per campo riflesso) ma, attenzione, vale solo per i tono puri. Con i suoni naturali la percezione dell’ampiezza o del livello dipende dal timbro e non è possibile determinare delle curva di loudness per i suoni naturali. Una delle cause è il mascheramento. Vedere Ampiezza (sez. Fisica), Loudness.

 

Variazione livello SPL

Variazione di Loudness Percepita

3 dB

Appena percepibile JND

5 dB

Percepibile

10 dB

Percepita come 2 volte più forte

15 dB

Grande cambiamento

20 dB

Percepita come 4 volte più forte

Da documentazione B&K

 

 

Limiti (di udibilità) della distorsione:

(vedere JDD Just Detectible Distortion). A leggere la stampa specializzata da una parte si afferma che un tasso dello 0.02% è udibile dall’altro si giudica favorevolmente  un diffusore che presenta livelli di TND (distorsione) superiori all’8% alle alte frequenze ma anche maggiori dell’80% alle frequenze basse. Ciò non significa che non esistano limiti di udibilità o tollerabilità o che le misure non siano corrette. Più semplicemente le misure non rispecchiamo le effettive condizioni d’uso. I limiti di udibilità della distorsione esistono anche se non sono facili da definire perché la musica è un fenomeno “ad ampio spettro” e dal contenuto ampiamente variabile: lo stesso diffusore può suonare bene con un flauto e meno bene con il pianoforte. 

Olson ha dimostrato che la udibilità della distorsione (dell’intera catena di riproduzione) dipende dalla larghezza della banda passante. Se la banda passante è limitata risultano tollerati tassi di distorsione armonica fino al 10% (in assenza di intermodulazione dinamica). Quando la banda passante si estende da 40 a 15000 Hz il tasso di distorsione tollerata si riduce a 1-2%. Le conclusioni di Olson sembrano essere le più equilibrate e concordano con molte altre rilevazioni.

Alla luce dell’ esperienze di Olson la distorsione armonica prodotta da un singolo elemento della catena di riproduzione deve essere inferiore all’1%. Evidentemente la distorsione deve essere minima nella sorgente e nell’amplificatore ed è tollerata, in una certa misura, nel diffusore acustico. Se non c’è distorsione è meglio.

 

Entrando nello specifico, i livelli di distorsione (dei diffusori acustici) vanno giudicati in funzione del tipo di diffusore acustico in esame. Per un sistema a tre vie con taglio a 100 Hz un tasso di distorsione armonica del 3% del woofer, è tollerabile perchè non produce intermodulazione con la gamma media. Diversamente lo stesso tasso di distorsione per un diffusore a 2 vie, causa intermodulazione in gamma media e diventa udibile specie con i generi musicali più impegnativi (pianoforte, orchestra).

 

Per quanto riguarda l’incremento della distorsione armonica all’aumentare dell’ampiezza dello stimolo questo dovrebbe riguardare principalmente le armoniche di ordine dispari (clipping, saturazione, sovramodulazione): il livello delle armoniche pari (dovute alla non simmetria del dispositivo) dovrebbe essere assente o variare di poco.  Per quanto riguarda la distorsione di intermodulazione i metodi di misura più vicini alle effettive condizioni d’uso (basati su stimoli multitono) sono senza dubbio i migliori e tra questi la misura di DI con stimolo “note musicali” elaborata da Mario Bon (concordemente agli studi di Temme).

Qui di seguito la tabella riassume i risultati di alcuni studi sulla udibilità della distorsione. La varietà delle metodologie e delle conclusioni è tipica della ricerca in questo settore. In particolare non si distingue tra distorsione udibile e tollerata. Si noti che nel 1937 probabilmente non esistevano dispositivi con distorsione inferiore all’1%. In buona sostanza i risultati ottenuti dipendono dai metodi di misura utilizzati.

 

JDD = Just Detectible Distortion o Distorsione appena percepibile. Concetto introdotto da Moir. Qui a sinistra i limiti di JDD in funzione della frequenza per toni puri al variare della frequenza. Dal punto di vista pratico questi limiti non significano molto perché la presenza di distorsione armonica implica la presenza di intermodulazione che (con una distorsione di 2^ armonica superiore al 5%) diventerebbe insopportabile. Il grafico ha un senso solo se riferito a sistemi multivia con sub-woofer o con un taglio del woofer molto basso.

 

 

 Anno

Autore e data dello studio

Tema della Ricerca

Conclusioni

Note

1937

Von Braunmühl & Weber

Sensibilità alla Distorsione in diverse bande di frequenza

1% - 2% per frequenze maggiori di circa 500 Hz

A frequenze più basse la JDD può aumentare di molto

1940

Harry F Olson

Just detectible distortion (JDD) levels

JDD pari a  0.7% con test tra 40 Hz a 14 kHz

Riducendo la banda passante a  4 kHz la JDD raddoppia

1950

D.E.L Shorter

Qualità del suono di sistemi con tasso di distorsione nota

Distorsione percepibile da 0.8% a 1.3%

Moltiplicando l’ampiezza delle armoniche per  n^2/4 (n = ordine) prima di eseguire l’RMS produce miglior correlazione tra la misura oggettiva e la sensazione soggettiva

1960

M. E. Bryan & H. D. Parbrook

JDD dalla  2^ alla 8^ armonica in presenza di una fondamentale a 360 Hz  (armoniche a 720, 1080,1440)

Distorsione in % in ordinata

La Tabella a destra mostra la distorsione JDD in % fino alla 8^ armonica in funzione del livello SPL in dB della fondamentale.

Segnale sinusoidale monofonico in cuffia.

Questo esperimento è molto citato perché indica percentuali di distorsione bassissime.

1979

P.A Fryer

Test di ascolto

per distorsione

di intermodulazione

2% - 4% di distorsione udibile con pianoforte, 5% con altri segnali

Programmi test distorti usando prodotti

di distorsione di intermodulazione (IM) del primo ordine

1981

James Moir

Determinazione del JDD

“JDD non può essere minore dell’ 1%”

Assume la distorsione non-lineare come causa principale. Il livello JDD si abbassa quando l’ascoltatore impara a riconoscere la distorsione

 

Fabrizio Calabrese

 

1% di distorsione su picchi di 130 dB

 

 

Renato Giussani

 

3% su programma musicale

 

2009

Mario Bon

Determinazione della JDD per la DI

Meno dello 0.32% di 2^ e 3^ . Assente per gli ordini superiori. DI minore dell’1%

La distorsione non lineare è più importante a basso livello di segnale, la sovramodulazione dei picchi brevi è tollerata (distorsione di forma).

Tabella tratta da Human Hearing - Distortion Audibility Part 3 di Mark Sanfilipo (e integrata). Tradotta e ordinata per anno. Per quanto riguarda i dati di Bryan & Parbrook (che nel 1960 disponevano di cuffie con distorsione migliore dello 0.05%) si deve considerare che l’ampiezza della fondamentale è molto bassa (al massimo 76 dB) e la frequenza di 360 Hz cade in una zona di bassa sensibilità mentre le armoniche cadono a frequenze dove l’orecchio è più sensibile. I risultati prodotti da Bryan & Parbrook vanno presi con le pinze.

 

Sorgente

Dispositivo

Distorsione

Note

Musica

Triodo

2.5%

Sgradevole

Pentodo

2.0%

Parlato

Triodo

4.4%

Pentodo

3.0%

Musica

Triodo

1.8%

Tollerabile

Pentodo

1.35%

Parlato

Triodo

2.8%

Pentodo

1.9%

Musica

Triodo

0.75%

Percepibile

Pentodo

0.7%

Parlato

Triodo

0.9%

Pentodo

0.9%

Test comparativi di distorsione  (Olson)

 

 

 

 

Questa è la Distorsione in funzione del carico (8, 4 e 2 ohm) di un amplificatore a singolo triodo completamente privo di reazione sia locale che globale (300SEI) il cui suono è giudicato ottimo malgrado la scarsa potenza (11 Watt) e le pessime misure. Si noti che la distorsione a 1 Watt va da 0.35% a 3%.

Questi valori vanno confrontati con la ASDA dei brani musicali con fattore di cresta elevato dove il segnale rimane sotto il 3% della MMR per la maggior parte del tempo. Con 1 Watt un buon diffusore produce 90 dB a un metro. Il problema più rilevante non è la distorsione ma l’impedenza di uscita troppo elevata.

 

 

 

 

Limiti (di udibilità) della fase: Dato che una certa quantità di campo riverberato è indispensabile alla vita normale, la fase ha una importanza relativa se non fosse per la necessità di formare correttamente i transitori di attacco e di discesa. L’apparato uditivo non è un sistema passivo e gestisce la fase e i transitori in modo “indipendente”. In un sistema lineare la fase e la risposta ai transitori non sono indipendenti e, per riprodurre correttamente i transienti dobbiamo forzatamente tendere a sistemi a fase minima. Più che di distorsione di fase si dovrebbe parlare di eccesso di fase che sembra essere ben tollerato tranne in una stretta banda di frequenze tra 500 e 1000-2000 Hz (che corrisponde alla banda di frequenze dove la localizzazione della sorgente avviene sfruttando le differenze di fase).

Quando ascoltiamo musica riprodotta con un diffusore multivia, la semplide rotazione della testa o il fatto di stare seduti o in piedi, cambia il ritardo con cui il suono prodotto dai singoli altoparlanti giungono alle orecchie dell’ascoltatore. Ne segue che cambia anche la risposta impulsiva percepita. Ne segue che i ritardi temporali tra le diverse vie dovrebbero risultare inferiori a quelli provocati dai movimenti dell’ascoltatore.

 

 Vedere anche Chiarezza, Sistemi a fase minima, ecc. 

 

Limiti (di udibilità) della frequenza: I limiti di udibilità in funzione della frequenza vanno da 12 a 22000 Hz (norma DIN 1320 -> da 16 a 20kHz). Le membrane in CVD (diamante) emettono fino a 100kHz. Con i CD ciò è assolutamente inutile (oltre 22500 Hz c’è il nulla assoluto) con i SACD e DVD audio campionati a192kHz è comunque improbabile. Molti lettori multiformato hanno i filtri passa basso fissi a 22 kHz..

Sicuramente nella musica dal vivo si possono trovare componenti spettrali ben oltre i 20kHz (anche 100kHz). Questo non è un motivo sufficiente per riprodurle. Tuttavia c’è chi sostiene che le frequenze superiori a 20kHz siano importanti. L’unico motivo per estendere la risposta oltre i 20 kHz sarebbe la possibilità di ridurre le rotazioni di fase agli estremi della banda audio (B&K sostiene che questo è importante).

 

Limiti (di udibilità) degli impulsi: 

 

La capacità di percepire suoni impulsivi di breve durata dipende dalla durata dell’impulso stesso. Per suoni di durata superiore a 100 mS la Forza percepita (loudness) è proporzionale al livello SPL. Per suoni di durata inferiore la percezione di Forza è proporzionale all’energia: più l’impulso è breve e maggiore deve essere l’ampiezza. Questo limite è particolarmente importante perché le consonanti sono suoni transitori di durata compresa tra 5 e 15 mS (sono suoni deboli) e vengono ugualmente percepite.

(1) ascolto monoaurale in cuffia - (2) ascolto binaurale frontale in campo libero - (3) ascolto binaurale in campo diffuso (Uberti).  La soglia di udibilità per il campo diffuso è più bassa della soglia per campo frontale. Infatti la riverberazione che proviene dalla stessa direzione della sorgente viene attenuata di 5-10 dB

 

 

Limite Udibilità delle Prime Riflessioni:  vedere anche Prime Riflessioni, Ambiente e Ambiente Standardizzato. 

Olive e Toole studiano le riflessioni nei piccoli ambienti valutando riflessioni con ritardi di 80 mS (il suono riflesso percorre oltre 27 metri più del suono diretto). In un ambiente domestico le prime riflessioni percorrono 1 o 2 metri più del suono diretto (meno di 10 mS). La parte più interessante del grafico è la prima.

 

.La figura è più chiara cancellando la zona di eco che nella pratica non ha senso (le riflessioni sono in genere di ampiezza inferiore rispetto al suono diretto).

La curva in basso rappresenta il limite di udibilità di una riflessione. Una riflessione che arriva con 30 mS di ritardo a –20 dB sul suono diretto non è udibile. Finché la stessa riflessione arriva fino a circa +10 dB sulla soglia di udibilità dà un effetto di spazialità se supera tale soglia modifica la dimensione delle sorgente. Il suono deve essere di natura impulsiva e contenere componenti oltre i 500 Hz.  (Dopo Olive e Toole)

 

 

  1 mS ->   0.344 metri

10 mS ->   3.44 metri

20 mS ->   6.88 metri

30 mS -> 10.32 metri                                      

La diffrazione ai bordi (ritardi minori di un mS e livello poco sotto al suono diretto) ha effetto sulla dimensione della sorgente.

 

 

 

 

 

Limite di Udibilità del Ritardo di Gruppo: la udibilità del ritardo di gruppo sembra fuori discussione (specie quando è esagerato). Restano da definire meglio le soglie di udibilità. In un sistema a fase minima, se è udibile il ritardo di gruppo, è udibile anche il ritardo di fase.

 

Blauert, J. and Laws, P  "Group Delay Distortions in Electroacoustical Systems" Journal of the Acoustical Society of America Volume 63, Number 5, pp. 1478-1483 (May 1978) 

 

"The Differential Time-Delay Distortion and Differential Phase-Shift Distortion as Measures of Phase Linearity" by Marshall Leach, JAES, Vol. 37, No.9, September 1989

Queste sono le soglie di udibilità riportate da Blauert, J. and Laws:

 

Frequenza (Hz) 

Soglia (ms) 

Soglia in Periodi

8k Hz 

2 ms 

16 P

4k Hz 

1.5 ms 

6 P

2k Hz 

1 ms 

2 P

1k Hz 

2 ms 

2 P

500 Hz 

3.2 ms 

1.6 P

 

try this experiment. Bring the same signal up into the console twice with one of the signals sent through a delay unit. Now pan one left and one right with no delay. You should hear the signal coming from the centre. Now slowly add delay to the delayed signal. You will find that something occurs around 18 -20 milliseconds. Suddenly you will start to perceive the signals as two separate signals one from the left and one from the right yet when the delay was below 18ms the ear couldn't tell the difference between the delayed and the direct so they both created a centre image.

In other words your ears can't distinguish delay below 18ms or so. (It is different if that delay is changing as in a flanger or phaser)

 

Now if you have a room with a reflective rear wall the signal from the speaker will pass you and then be reflected back. Sound travels at approx. 330mm (1 ft) per millisecond so if you are 3m (9ft) from your back wall you will hear the sound as a 18ms delay and your ears will be confused and think that there is another speaker behind you.     (questo avviene solo se le riflessioni sono molto forti e risultano attenuate meno di 10 dB rispetto al suono diretto).

 

try this test. Sit in front of your speaker system and cup your hand behind your ears to block the sound coming from behind you. If you notice the sound tighten (restringersi) significantly you have a rear wall problem.

 

Variante dello stesso test: mettete del fono assorbente dietro alla testa e notate le variazioni di spazialità.

 

 

Il nostro sistema uditivo binaurale permette di distinguere suoni che giungano alle orecchie con un ritardo di gruppo di circa 50 micro secondi (in questo tempo il suono percorre circa 1,7 cm. pari a un decimo della distanza media tra le orecchie). Per ritardi inferiori o per toni puri inferiori a 500 Hz (lunghezza d’onda = 68 centimetri) non riusciamo a determinare la provenienza del suono con certezza. Più precisamente la difficoltà di localizzazione sussiste per suoni con uno scarso contenuto spettrale sopra i 500 Hz. 

 

Tuttavia tendiamo a credere che le frequenze basse provengano dal basso e quelle alte dall’alto. In effetti tutti gli animali di piccole dimensioni emettono suoni acuti e vivono sugli alberi oppure volano. Gli elefanti invece stanno per terra.

Il massimo del terrore è causato da suoni bassi che provengono nettamente dall’alto (vulcani in eruzione, tuoni, asteroidi) o da infrasuoni (terremoti). Tutto ciò deriva dall’esperienza dell’Homo Sapiens che correva nudo nella savana e la cui prima preoccupazione era la sopravivenza.

La sensazione dell’altezza della sorgente è comunque soggettiva e dipende dalla forma della pinna. Nelle control room, a causa delle riflessioni sulla consol, alcuni sentono l’immagine spostata verso l’alto e altri verso il basso. Nella control room i fenomeni sono estremizzati dal numero molto ridotto di prime  riflessioni che diventano facilmente riconoscibili.

Per questo le control room si sono evolute nelle ESS e Natural Room (con ampie superfici diffondenti)

 

Limite di Udibilità della Riverberazione: la udibilità delle riflessioni non dipende dall’angolo di incidenza (ma solo dal ritardo). Con una eccezione quando la riflessione arriva dalla stessa direzione del suono diretto. In tal caso la riflessione risulta mascherata. La musica registrata contiene una certa dose di riverberazione (naturale o artificiale). Questa riverberazione perviene dalla stessa direzione del suono diretto e viene quindi attenuata da  5 a 10 dB per mascheramento da parte del suono diretto. Ne segue che, se la dispersione del diffusore acustico è troppo stretta, la riverberazione contenuta nella registrazione non viene percepita (e il suono diventa aspro).

 

Limite di Udibilità del timbro

 

Il timbro è quella qualità che distingue due suoni che hanno la stessa altezza e la stessa intensità (e durata non troppo diversa).

Affinché il timbro sia percepibile un suono deve durare almeno 20 milli secondi (quindi poco più di quanto dura una consonate).

Ci sono suoni il cui timbro cambia anche modificando di poco le relazioni di ampiezza delle loro componenti spettrali: i più “sensibili” da questo punto di vista sono il suono del pianoforte ed il rumore rosa.

Il rumore rosa è il più sensibile di tutti. Mentre la capacità di distinguere la variazione del loudness è molto approssimativa, con il rumore rosa basta una variazione relativa nelle sue componenti spettrali di frazioni di decibel (c’è chi dice 0.1 dB) per determinare una variazione nel timbro. Ciò avviene se la variazione coinvolge una banda di frequenze sufficientemente ampia.

Questo dimostra che riconoscere il timbro è più importante che riconoscere l’intensità e dimostra anche la sensibilità dell’apparato uditivo all’energia trasportata dl segnale (specie nella regione da 4kHz a 20KHz).