ACUSTICA, PSICOACUSTICA,
TECNOLOGIE AUDIO e DINTORNI

Articolo pubblicato sulla rivista Sound & Lite
di Settembre 2002 e sul portale ZioGiorgio.it

di Guido Noselli (fax 030/3580431 - posta elettronica guidonoselli@outline.it)

IMPIEGO E "SETTAGGIO" DI UN SISTEMA 
DI SONORIZZAZIONE PROFESSIONALE  
- frequenze basse -

VI PARTE
di Guido Noselli

Nell’articolo precedente abbiamo visto qual è la massima dimensione utile di un array di diffusori per frequenze basse e ultra basse perché queste siano riprodotte omogeneamente con la miglior distribuzione possibile ed anche con un’accentuazione, spesso desiderabile, della direttività d’emissione.

Come sempre abbiamo analizzato un solo array o gruppo di diffusori accostati ed accoppiati in modo da mantenere per l’insieme caratteristiche d’emissione del tipo a pistone, come se l’insieme fosse un solo altoparlante. In realtà devo fare ancora una precisazione che ritengo importante ed utile conoscere.

Con il programma di simulazione utilizzato per questi lavori ho usato come input di sorgente unitaria non tanto la risposta reale di un subwoofer come Victor Live (quindi come quella di tutti i modelli similari che con buon’approssimazione abbiano misure analoghe e utilizzino altoparlanti dello stesso diametro), ma la risposta teorica di una sorgente puntiforme perfettamente omnidirezionale. Lo scopo, infatti, non era di caratterizzare il comportamento di un particolare modello di diffusore che sarebbe stato limitativo, ma di caratterizzare il comportamento di una generica sorgente ideale puntiforme essendo esso la migliore approssimazione possibile a quello di una sorgente reale che riproduca frequenze basse ed infrabasse. Questo, se da un lato produce nella simulazione grafici che appaiono assolutamente “canonici”, dall’altro, però, non consente di rappresentare al 100% il comportamento di sistemi reali come Victor Live, i quali, avendo una dimensione fisica ben più grande di un punto, posseggono un’emissione non del tutto omnidirezionale anche alle frequenze basse di cui ci occupiamo. La differenza non è tale ovviamente da mettere minimamente in dubbio la validità dei grafici sin qui rappresentati, ma all’atto pratico tale differenza di comportamento produce un’attenuazione dell’emissione posteriore che sul campo ha conseguenze udibili e quindi ne va tenuto conto.  Aspettatevi quindi, se metterete in atto le simulazioni di questa lunga serie d’articoli, meno energia nella parte posteriore del vostro array o gruppo di subwoofer sia orizzontalmente, sia verticalmente. Per valutare tale differenza, qui sotto potete vedere un grafico che riporta la risposta polare normalizzata, misurata in spazio libero, di un subwoofer sperimentale dotato di un solo altoparlante da 18” montato a radiazione diretta in una cassa accordata (reflex) di circa 70 cm di larghezza, 50 d’altezza e 60 di profondità. Le dimensioni sono tali che le risposte polari sul piano orizzontale sono eguali a quelle sul piano verticale.

È facile notare come già a 40 Hz l’emissione si attenua progressivamente verso la parte posteriore del subwoofer sino al valore di poco oltre 2 dB a – 180°.

L’attenuazione è maggiore via via che saliamo in banda e diviene evidentissima per il centro banda di 150 Hz, che già a 97° dall’asse raggiunge i - 6 dB, come si può vedere anche dal valore di dispersione totale risultante a tale frequenza, 194°.

Prima di tale frequenza o centro banda la dispersione totale a tutte le altre rappresentate nel grafico, rimane nominalmente di 360°. Questo accade perché l’attenuazione non raggiunge mai in nessun punto della risposta polare i fatidici 6 dB rispetto all’asse, dai quali, convenzionalmente, è determinata la dispersione nominale.

Si vede chiaramente, però, che l’attenuazione rispetto all’emissione in asse non è proprio trascurabile, ad 80 Hz ad esempio raggiunge 3 dB a –180 °.

Questa precisazione ha soltanto lo scopo di informare che anche a frequenze basse la dispersione di un diffusore dedicato si riduce in funzione delle dimensioni dell’altoparlante impiegato per riprodurle e del baffle su cui lo stesso è alloggiato; questo avviene per qualsiasi tipo d’altoparlante dedicato, reflex, band pass, tromba ecc. Ancora una volta anche alle frequenze basse, la dimensione della sorgente si conferma come un parametro che condiziona la direttività.

Come ho già detto nell’articolo precedente però, questa caratteristica, che non è sempre favorevole agli utilizzatori perché li costringe, per ottenere una certa direttività, all’impiego di grossi sistemi di diffusori accoppiati, indipendentemente dalla pressione sonora necessaria, può essere bypassata con altre tecniche, sia riferite al posizionamento dei subwoofer stessi, sia riferite al loro pilotaggio, ottenuto attraverso processori di segnale. 

Prima di descrivere i dettagli e presentarvi altre simulazioni dove si faccia impiego di queste tecniche voglio presentare ancora qualche esempio, basato sull’impiego di tecniche classiche, nei quali certamente la stragrande maggioranza dei lettori potrà vederne la corrispondenza con le situazioni reali cui sono abituati. Queste ulteriori simulazioni hanno lo scopo di fornire a chi legge parametri di riferimento che consentano ogni valutazione.

Vedremo quindi nei prossimi grafici cosa succede se s’impiegano due gruppi o array di sistemi per frequenze basse disposti ai lati di un palco nel più classico e diffuso dei posizionamenti.

Cominciamo dalla Fig. A6hvs che rappresenta la configurazione di un gruppo (un canale) di sei subwoofer accoppiati strettamente in modo che lavorino praticamente in “piston band”. Gli altoparlanti che vedete sono quindi 12, mentre nella figura di puntamento che segue, A6hvsP2π, potrete vedere che la simulazione riguarda ben 24 altoparlanti. Non è un errore mio o del programma.

Nella simulazione, infatti, è meglio tener conto delle sorgenti virtuali speculari che si creano quando i subwoofer sono posizionati appoggiati ad una superficie rigida e riflettente in condizioni di semi spazio (2π).

Quindi i punti al di sopra dell’asse –y+y rappresentano i veri altoparlanti che sono presenti nel gruppo di subwoofer e i punti rappresentati al di sotto dello stesso asse sono le cosiddette immagini dei suddetti altoparlanti.

Vediamo a questo punto i Polars e i Globe prima riferiti all’emissione di un solo canale, in Fig. A6hvs, in modo da renderci conto di cosa cambierà aggiungendo l’altro, secondo la disposizione che successivamente sarà schematizzata e descritta. Per brevità riporterò solo i grafici che riguardano il centro banda di 63 Hz essendo tale terzo d’ottava al centro della banda caratteristica in cui mediamente si utilizza un sistema subwoofer, 40, 50 / 80,100 Hz.

Come abbiamo detto il gruppo così composto ha dimensioni in altezza, 220 cm, ed in larghezza 165, Fig. A6hvs, ma considerando l’emissione in semispazio, 2π, che virtualmente raddoppia il numero di subwoofer, l’effetto che avremo sul piano verticale dal punto di vista della direttività è quello che avremmo in spazio libero, 4π, con un numero doppio di subwoofer, altezza 440 cm. Niente male per soli 6 subwoofer, anche se nel piano orizzontale il sistema rimane pressoché omnidirezionale. Devo ancora precisare che, riguardando i grafici delle simulazioni in semi spazio (2π), l’asse di misura non corrisponde alla reale posizione d’ascolto di una persona seduta o in piedi. Infatti, in questo caso l’asse X è equidistante dagli altoparlanti reali sopra e dalla loro immagine sotto giacendo nel piano di riflessione. In altre parole significa che il microfono di misura o la testa di chi ascolta figurano appoggiati sulla superficie di riflessione dove sono appoggiati gli stessi subwoofer.

Ma questa “imperfezione” nella simulazione, che mi è necessaria per evitare uno spreco inutile del mio tempo nell’immettere i dati, non cambia sostanzialmente il risultato perché le frequenze basse di cui ci occupiamo hanno lunghezze d’onda talmente lunghe che per veder cambiare la forma dell’emissione in modo sostanziale dovremmo introdurre differenze o errori ben più grandi di 1,70 m, dimensione corrispondente all’altezza delle orecchie di una persona in piedi. In ogni caso per vostra tranquillità riporto, per questa volta soltanto, una simulazione che tiene conto di tale aspetto. In pratica nella Fig. A6hvsA2πX170 l’asse di misura X è posto in modo da corrispondere all’altezza media delle orecchie di una persona in piedi 1,70 metri, con la conseguenza che tutto il gruppo d’altoparlanti reali e la loro immagine è rappresentato al di sotto dell’asse e quindi la simulazione è fatta in queste condizioni con il punto di misura che ha un offset verticale appunto di 1,70 metri.  Diamo uno sguardo ai prossimi due grafici in modo da togliere ogni dubbio che nei risultati non ci siano differenze tali che giustifichino il dover adottare questa rappresentazione piuttosto che la precedente.

Come appare evidente l’unica differenza visibile è un leggero spostamento a sinistra del diagramma polare verticale, in rosso, dovuto al decentramento dell’asse X (punto di misura o punto d’ascolto) rispetto all’asse di simmetria verticale del gruppo diffusori reali e immaginari.

Questa differenza non ha effetti pratici per tutta la banda riprodotta da un sistema subwoofer e quindi, per mia comodità, continuerò nelle simulazioni a rappresentare la geometria che vede l’asse X posto tra i subwoofer reali e la loro immagine, salvo ovviamente i casi che di volta mi costringeranno a fare diversamente.

Fatte queste precisazioni e prendendo per buoni i grafici di cui alle Fig. A6hvsP2π e A6hvsG2π che mostrano le prestazioni di un gruppo di 6 subwoofer con relativa immagine, vediamo cosa succede dunque se lo raddoppiamo e lo disponiamo simmetricamente secondo lo “sketch” pratico qui sotto descritto.

L’interasse tra i due gruppi è posto a 21,5 metri in modo da riprodurre il collocamento dei due canali subwoofer ai lati di un palcoscenico di media grandezza, circa 18 metri, per eventi di una certa importanza e al quale è affiancato un ulteriore modulo “layer” a sinistra e a destra, dove alloggia l’impianto audio appeso o appoggiato e i relativi subwoofer appoggiati a pavimento o poco più in alto. 

La simulazione prevede che il segnale inviato ai due gruppi sia esattamente lo stesso per contenuto in frequenza e per ampiezza, come di solito accade nella stragrande maggioranza dei casi reali. Quest’ultima precisazione è molto importante, come vedrete, perché se così non fosse il comportamento del sistema non sarebbe quello che la simulazione ci mostra. 

Mentre il piano verticale presenta una dispersione direi perfetta perché grazie alla disposizione in 2π dei gruppi subwoofer si verifica un ottimo “beaming” delle frequenze basse e sub basse con grandi vantaggi per la copertura dell’audience, il piano orizzontale mostra un risultato che non può certo dirsi buono, in cui appare evidente l’effetto dell’interferenza negativa tra i due gruppi di subwoofer, che dà luogo ad una risposta polare irregolare con buchi larghi e profondi oltre 10 dB.

Chi non si è scontrato con questo problema?

Nessuno che lavori in questo settore, credo.