L'immagine stereo

deve formarsi tra i due diffusori o si deve espandere anche all'esterno?

di Mario Bon

16 giugno 2016, 10 aprile 2017, 24 dicembre 2019

Prendiamo una coppia di diffusori acustici e portiamoli in giardino. Qui non ci sono pareti laterali e nemmeno il soffitto. Se suoniamo un qualsiasi brano musicale, l'ampiezza orizzontale della scena sonora resta confinata tra il diffusore destro ed il diffusore sinistro.

Affinché si possa percepire il suono provenire da un certo punto è necessario che in quel punto ci sia una sorgente fisica o una sorgente virtuale. L'esempio più chiaro di sorgente virtuale è il canale centrale virtuale che si percepisce al centro dei due diffusori quando si suona un brano monofonico.

Quando si portano i due diffusori all'interno dell'ambiente domestico le cose cambiano a causa della presenza delle pareti laterali che, rispetto al suono emesso dai diffusori, si comportano come specchi generando delle sorgenti virtuali.

Immagine dell’ambiente di ascolto con i “raggi acustici” che individuano le riflessioni. Sono rappresentate solo le sorgenti virtuali di primo ordine dovute alle pareti laterali. Sono indicate le zone (minime) dove applicate i materiali assorbenti. Le superfici coperte da materiale assorbente e/o diffondente devono essere decisamente maggiori di quelle indicate.

In buona sostanza davanti (e intorno) a noi ci sono 2 diffusori (sorgenti fisiche) e una quantità di sorgenti virtuali prodotte dai diffusori e dalle superfici riflettenti. Ogni parete è uno specchio, le pareti sono sei e i diffusori sono due quindi ci sono almeno 12 sorgenti virtuali del primo ordine (dovute alla prima riflessione).

Ogni sorgente virtuale generaa altre sorgenti virtuali (di ordine crescente)

Non tutte le pareti hanno la stessa importanza e questa dipende dal tipo di diffusore utilizzato. Trascuriamo le riflessione di ordine superiore che sono comunque molto importanti per la formazione del campo riverberato.

pavimento	la riflessione meno importante è quella prodotta dal pavimento perché viene “compensata” dall'apparato uditivo. Il suo effetto è chiaramente visibile nelle misure e vale la pena posare sul pavimento un tappeto (a teatro le riflessioni provenienti da pavimento sono minime o assenti).
Soffitto	in genere la riflessione non è molto intensa (il soffitto è una superficie “lontana” e la limitata dispersione verticale dei sistemi di altoparlanti fa la sua parte). Il soffitto è anche la superficie sulla quale non si desidera intervenire. Il letteratura si consiglia di non contare sul soffitto per agire sulla spazialità. Idealmente dovrebbe essere una superficie diffondente.
Parete dietro ai diffusori	è molto importante con i sistemi omnidirezionali, molto meno con i sistemi direttivi (trombe)
Parete alle spalle dell’ascoltatore	è importante ma ancor più se è vicina (un metro o meno). Dovrebbe essere molto fonoassorbente per ridurre il mascheramento ma, con i sistemi direttivi deve essere riflettente.
Due pareti laterali	Sono le più importanti perché, in genere, sono le più vicine ai diffusori e provocano le riflessioni laterali che allargano il fronte sonoro. In teoria dovrebbero essere diffondenti o assorbenti.

Se la parete alle spalle del punto di ascolto è stata “sistemata”, le pareti laterali sono le più importanti. Tuttavia, se il diffusore è un dipolo (un elettrostatico o isodinamico) la radiazione verso le pareti laterali è molto scarsa e queste pareti diventano automaticamente meno determinanti mentre acquista importanza la parete alle spalle del dipolo che riceve la stessa quantità di energia diretta verso il punto di ascolto.

Rapporto tra Chiarezza e LE

Per prima cosa vediamo cosa sono Chiarezza, la LE e la ASW.

Chiarezza (Clariry, Deutlichkeit, Definizione) : in acustica architettonica. Misura la capacità dell’ascoltatore di percepire distintamente ogni nota anche nelle sequenze più veloci (definizione orizzontale) e di distinguere le note quando suonate da strumenti diversi (definizione verticale). In una sala la Chiarezza della musica dipende dal rapporto (in decibel) tra il livello delle prime riflessioni (entro i primi 80 millisecondi) e delle riflessioni ritardate (oltre 80 millisecondi). Il livello delle prime riflessioni entro i primi 50 millisecondi determina invece l’intelligibilità del parlato. Il primo a proporre un “indice di definizione” è stato Thiele utilizzando anche gli studi di Haas. Oggi si preferisce fare riferimento all’indice di chiarezza C80(3) ottenuto come media del C80 calcolato sul bande di ottava centrate a 500,1000 e 2000 Hz (nota a 500 Hz la lunghezza d’onda vale 68.8 centimetri).

Secondo Reichardt il C80 rappresenta gli attributi di “Trasparenza temporale” e “Trasparenza armonica” (note suonate in successione rapida e note suonate contemporaneamente). La “Trasparenza temporale” e la “Trasparenza armonica” sono anche conosciute, rispettivamente, come “definizione orizzontale” e definizione verticale”. Per superare alcune incertezze legate alla misura del C80 è stato introdotto da Kurer l’istante baricentrico o “tempo centrale” .

Dato che la Chiarezza, in sostanza, rappresenta la capacità di risoluzione di eventi sonori separati nel tempo (definizione orizzontale) o di eventi sonori separati nello spettro (separazione verticale), per un diffusore acustico va correlata alla risposta ai transitori (a sua volta legata alle caratteristiche di fase minima).

LE o LEV

Abbreviazione di Listener Envelopment (avvolgimento dell’ascoltatore).

In un auditorio è una componente della Spazialità (con la ASW). in generale descrive la sensazione dell’ascoltatore di essere “avvolto dalla musica” .

La LE dipende dalla intensità delle riflessioni che giungono all’ascoltatore con un ritardo superiore a 80 millisecondi rispetto al suono diretto e anche dalla direzione apparente di provenienza del suono riflesso (diffusione). La LE viene giudicata elevata quando il suono riflesso sembra giungere da tutte le direzioni (campo diffuso). All’aperto la LE è assente.

Per aumentare la LE si deve aumentare la diffusione del suono.

Il sistema Bose 901 è concepito per aumentare la LE (a scapito della Chiarezza). Un sistema a radiazione diretta aumenta la Chiarezza a scapito della LE. Un sistema a radiazione diretta dotato di sorgente ausiliarie quale il CLD o la tripletta aumenta la LE senza sacrificare la Chiarezza perché il suono emesso dal CLD non interferisce con il suono diretto.

La LE si contrappone al “suono della finestra” ovvero alla sensazione che dà il suono udito attraverso una finestra.

ASW

ASW significa Apparent Source Width ovvero larghezza apparente della sorgente. Attributo soggettivo della percezione del suono proposto da A. H. Marshall.

La ASW (con la LE) è un aspetto della Spazialità esperita nelle sale da concerto ed è correlata al livello delle riflessioni laterali che giungono all’ascoltatore con un ritardo compreso tra 50 e 80 millisecondi dopo l’arrivo del suono diretto. Aumentando il livello di queste riflessioni aumenta la sensazione di spazialità (aumenta la dimensione orizzontale della sorgente).

Particolarmente apprezzata, per questo effetto, la Musikvereinsaal in Vienna.

Se, in fase di mixaggio non vengono alterate il modulo e le fase relative di bande specifiche di frequenze in modo indipendente nei due canali, qualsiasi allargamento dell'immagine all'esterno dei diffusori (dato che avviene a causa delle riflessioni laterali e quindi per interferenza) va sempre a discapito della Chiarezza.

L'esempio più chiaro di ciò è dato dal sistema Bose 901.

Riguardo alla Chiarezza: più di qualcuno, quando descrive il tipo di suono che predilige, specifica che non desidera un suono troppo "radiografante" o troppo "presente". Questo significa che una riduzione della Chiarezza non è sempre percepita come un fatto negativo. La Chiarezza si regola anche variando la distanza di ascolto (che equivale a regolare il rapporto tra suono diretto e suono riflesso).

Aumentando il suono riflesso aumenta la LE e diminuisce la Chiarezza.

Aumentando il suono diretto diminuisce LE e aumenta la Chiarezza.

Questo tipo di esercizio (aumentare una, diminuire l'altra) lo facciamo quando scegliamo la posizione di ascolto soggettivamente ottimale. Questo vale a teatro (prime file, 10^ fila, loggione) come in casa (2 metri...4 metri..ecc.).

È poco probabile che un appassionato che segue le opere dal loggione, acquisti un sistema un molto direttivo (a meno che non possa ascoltarlo ad almeno 6 metri di distanza). La logica vorrebbe che si orientasse verso un sistema omnidirezionale o verso un sistema dipolare o un sistema dotato di sorgenti ausiliarie posteriori quali il CLD (per aumentare il campo riflesso).

E' assolutamente normale, anzi consigliabile, scegliere il tipo di diffusore proprio dal punto di vista del tipo di radiazione (radiazione diretta, dipolo, omnidirezionale).

I diffusori scompaiono

Quando si dice che "i diffusori scompaiono" (perché scompaiono a coppie) significa che la sorgente virtuale è dominante rispetto alla coppia di diffusori fisici che la generano e che non sono più individuati come tali. Questo indipendentemente da dove appare la sorgente virtuale. Con un programma monofonico l'immagine virtuale deve apparire al centro dei diffusori. Se (l'immagine monofonica) appare all'esterno allora c'è qualche cosa che non va (per es. canali in controfase o differenze sensibili tra il canale destro ed il canale sinistro).

Un modo per far scomparire di diffusori è questo:

- si posizionano i diffusori in modo che siano il più possibile uno dall’altro

- si avvicina il punto di ascolto alla congiungente dei diffusori

- si orientano i diffusori in modo che il suono diretto si sommi davanti alla testa dell’ascoltatore.

In qesto modo le riflessioni laterali passeranno per la maggiorparte dietro alla testa dell’ascoltatore partecipando solo al campo riverberato. Questo genera una RFZ (Reflection Free Zone = zona libera da riflessioni). come nelle control room (stanze opportunamente preparate per il controllo delle registrazioni).

In questo modo si aumenta anche l’ ovvero l’intervallo di tempo tra l’arrivo del suono diretto e della sua prima riflessione. In teatro l’ITG è di 10-25 millisecondi durante i quali il suono percorre da 3.44 a 8.6 metri.

La coerenza delle riflessioni laterali

Le riflessioni laterali devono essere coerenti con il suono diretto?

Se lo fossero si sommerebbero in ampiezza con il suono diretto dando origine all’effetto “filtro a pettine”.

Se non lo sono il livello delle riflessioni si somma in potenza con il suono diretto senza produrre interferenza a vantaggio della Chiarezza. Allora perché si dice che un diffusore deve presentare una risposta in frequenza regolare dia in asse che fuori asse? Perché questo è un indice di qualità del diffusore stesso ed in particolare indica che i fenomeni di diffrazione ai bordi sono ridotti. La diffrazione ai bordi degrada la risposta impulsiva del diffusore.

Dato che le riflessioni laterali devono essere non correlate al suono diretto la risposta in fase fuori asse del diffusore può essere qualsiasi mentre il modulo della risposta deve mantenersi almeno simile a quella in asse.

La distorsione prospettica

Distanza critica Dc o raggio di riverberazione: è distanza dalla sorgente dove il livello del campo diretto è uguale al livello del campo riflesso. Dovrebbe essere costante con la frequenza. Se varia bruscamente o in modo troppo discontinuo, introduce la distorsione prospettica. Quando il tempo di riverberazione è costante con la frequenza (o non varia troppo o troppo bruscamente con la frequenza) anche il raggio di riverberazione è costante. Il raggio di riverberazione dipende dal fattore di direttività Q della sorgente. Più la sorgente è direttiva e più il raggio di riverberazione aumenta.

Distanza critica r per un diffusore acustico caratterizzato da risposta in frequenza piatta in asse e fattore di direttività Q variabile con la frequenza. All’aumentare della direttività la distanza critica aumenta.

Consideriamo i piatti della batteria. Succede, a volte, di percepirli come se suonassero davanti ai tweeter dei diffusori. Potrebbe anche essere un difetto della registrazione. Ma potrebbe essere colpa dei diffusori o dell’ambiente.

Supponiamo che il sistema di altoparlanti abbia un medio con dispersione ampia e un tweeter con dispersione ridotta (sul piano orizzontale). Ne segue che:

- la distanza critica nella manda del medio è bassa

- la distanza critica nella banda del tweeter è alta.

Questo fa sì che i piatti della batteria si percepiscano più vicini o “davanti” ai tweeter. Possiamo chiamar questo fenomeno “distorsione prospettica”: è come se i due diffusori fossero piegati in avanti con i tweeter più vicini al punto di ascolto. E' evidente che questo non sarebbe un sistema ben calibrato, ma può succedere (e succede). Toole suggerisce che la direttività di un sistema di altoparlanti vari gradualmente e con continuità nel passare dalle basse alle alte frequenze.

Adesso consideriamo un sistema omnidirezionale posto in prossimità di una parete piana e riflettente.

L’immagine riflessa, dovuta alla parete, è sufficientemente intese da generare una sorgente virtuale tra il diffusore e la parete. Ne segue che, con due diffusori in prossimità di due pareti (laterali), lo stage sonoro si allarga oltre la posizione dei diffusori. In questo caso le sorgenti, lungo la retta passante per i centri acustici dei diffusori, sono diventate quattro ed interferiscono tra loro (a coppie).

Questa situazione (il fronte sonoro che si estende da una parete all’altra) ha i suoi estimatori. Sarebbe più corretto allontanare tra loro i diffusori senza riflessioni sulle areti laterali

La dimensione orizzontale dello stage dipende:

- dal tipo di diffusore usato

- dalla posizione rispetto alle pareti

- dalle caratteristiche delle pareti (fono assorbente, diffondente, mezzo e mezzo)

- dalla simmetria (sia delle distanze che del fonoassorbimento o diffusione)

In una control room (che è fatta per controllare il contenuto delle registrazioni) l'immagine si forma tra di due diffusori (perché si fa in modo che le riflessioni laterali passino alle spalle dell'ascoltatore).

Andamento delle riflessioni frontali e laterali in una control room. I diffusori e le pareti sono inclinati in modo che il suono riflesso non arrivi direttamente al punto di ascolto RFZ ma venga opportunamente assorbito o diffuso. RFZ significa Reflection Free Zone (zona libera da riflessioni). Di concezione successiva alla sala di controllo LEDE, l'obiettivo è creare una stanza che non influenza la riproduzione, in opposizione con la scuola Early Sound Scattering (ESS). Le riflessione vengono convogliate verso la parete opposta dove vengono in parte assorbite ed in parte diffuse per controllare il tempo di riverberazione.

Diffusori e stabilità della posizione delle sorgenti virtuali

Per ottenere una riproduzione stabile della posizione e delle dimensioni delle sorgenti virtuali (gli strumenti riprodotti) si devono verificare delle condizioni:

- la registrazione deve essere stata fatta in un certo modo (diciamo “bene”)

- i diffusori destro e sinistro devono essere uguali

- la disposizione dei diffusori nell’ambiente deve rispettare una certa simmetria

- le proprietà delle pareti devono essere simmetriche.

La simmetria è più importante per i sistemi omnidirezionali e diventa sempre meno critica al crescere della direttività del sistema divenendo marginale per i dipoli (che non irradiano lateralmente). Questo però non significa che più un sistema è direttivo e meglio è perché una eccessiva direttività aumenta il raggio di riverberazione e costringe as ascoltare a distanza maggiore.

Dl momento che l’apparoto uditivo umano riesce a risolvere sorgenti separate da angoli superiori a 6°, più si va lontano più diminuisce il numero di sorgenti risolvibili (e con esse il senso di spazio).

Disposizione dell’impianto ad angolo (foto Marcello Dalmazia). Questa disposizione limita le riflessioni laterali che giungono nel punto di ascolto, aumenta l’ITG e favorisce la Chiarezza. A volte aiuta anche a risolvere problemi legati alle onde stazionarie a bassa frequenza. Se si può andrebbe provata.

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ITG o ITDG (Initial Time-Delay Gap)

In un ambiente l’ITG è l’intervallo di tempo, espresso in millisecondi, che intercorre tra l’arrivo del suono diretto e della sua prima riflessione. Tra le altre cose è correlato alla Intimità (attributo del suono di un ambiente).

In un ambiente domestico l’ ITG è nell’ordine di pochi millisecondi. Entro i primi 1-2 millisecondi avviene la localizzazione della sorgente ed è importante che la prima riflessione giunga con un ritardo sufficiente per consentire la localizzazione. Nelle sale migliori, al centro della platea, l’ ITG vale circa di 25 millisecondi. Questo significa che il cervello ha il tempo per correlare il suono diretto alla sua riflessione e “fonderla” per effetto Haas e rinforzare il suono diretto. Quando l’ITG è troppo basso il cervello deve eseguire un super lavoro e si stanca (fatica da ascolto). La visione della sorgente risparmia al cervello la fatica della localizzazione (che viene fatta dalla vista) e quindi si stanca meno. Meglio ascoltare un concerto in DVD.

Tempo che intercorre tra la sensazione del suono diretto e della sua prima riflessione. La prima riflessione più importante (nel bene e nel male) è quella laterale. In un auditorio lo ITG è nell’ordine di 10-25 millisecondi. In un ambiente domestico è nell’ordine di qualche millisecondo. In ambiente domestico lo ITG dovrebbe essere compreso tra 4 e 10 milli secondi.

Si parla tanto della importanza delle prime riflessioni ma si parla poco di ITG. L’ITG è tanto importante quanto le prime riflessioni.

Tempo di riverberazione ottimale in funzione della frequenza per gli ambienti domestici.

Il fono assorbimento medio dovrebbe essere compreso tra il 18 ed il 25%. Ciò si ottiene rivestendo almeno un quinto delle superfici delle pareti con materiali con coefficiente di fonoassorbimento del 100%. Esistono anche pannelli che sono contemporaneamente fonoassorbenti e diffondenti.

T60 = tempo di riverberazione in secondi, V=volume in metri cubi

Al di sopra della frequenza di Schroder vale il modello statistico (sabiniano) e ha senso parlare di tempo di riverberazione. Al di sotto dominano i modo normali. Un ambiente medio 5x4x2.8 il volume è di 56 metri cubi e T60=0.53 secondi la frequenza di Schroeder vale circa 200 Hz.

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Relazione tra Potenza acustica, fattore di direttività e livello SPL

La relzione che segue vale in ambienti sabiniani (campo riflesso perfettamente diffuso) se la potnza di riferimento è quella standard (10^-12 Watt) allora Lw coincide con il livello di potenza acustica. L’SPL è riferito a 20 microPascal. Nota: 4/R = 25 T60/V (quando sia valida la relazione di Sabine).