3 pareti, 6 pareti ed equalizzazione

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F.Calabrese
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3 pareti, 6 pareti ed equalizzazione

#1 Messaggio da F.Calabrese » mercoledì 23 maggio 2018, 16:27

Accade di continuo che le mie argomentazioni tecniche vengano criticate furiosamente, ma sempre facendo bene attenzione a non entrare nel merito tecnico della questione... 8-)

Qui di seguito farò esattamente questo: ritornerò su un argomento a voi ben noto, vale a dire il "problema delle tre pareti", approfondendo quelli che sono gli aspetti più spesso oggetto delle (erronee) obiezioni dei miei detrattori. Non spero di convincerli, ma solo di far comprendere a chi ci legge quanto siano poco logici nei loro ragionamenti.

Partiamo con una premessa: cos'è il "problema delle tre pareti"...?

In due parole, si tratta del problema creato dall'allontanamento dei diffusori dalle pareti dell'ambiente, le quali producono riflessioni che arrivano insieme all'emissione diretta dal diffusore, enfatizzando certe frequenze e cancellandone altre, a seconda del maggiore percorso e dei relativi sfasamenti.

Si parla di "problema delle tre pareti" e non di "problema delle sei pareti" per un motivo semplicissimo: il 99 per cento dei diffusori è collocato a pavimento (o su stand), ad una certa distanza dalla parete di fondo e spesso non lontano dalla parete laterale. Queste prime tre pareti sono assai più vicine rispetto alle altre tre, per cui ricevono più energia e la riflettono pressoché integralmente. Di converso, le altre tre pareti -opposte- ricevono energia dopo un certo tempo (necessario al percorso in aria) e con un'attenuazione sufficiente a renderne ininfluente il contributo in termini di RISPOSTA ENERGETICA del diffusore.

E' una mia teoria...? Niente affatto ! Leggete qui sotto, a firma Roy Allison:

Immagine

Inutile spiegare ad un "tecnico" privo di facoltà logiche che questa è una banale evidenza...

Non solo: gli obiettori di solito suggeriscono che l'ascoltatore sia vicino alle altre tre pareti, dimenticando che nessuno ascolta sdraiato, con la testa a meno di un metro dal pavimento e dalle due pareti alle sue spalle e di lato...! Dunque l'effetto delle prime riflessioni sull'ascoltatore può essere assai attenuato semplicemente allontanandosi dagli angoli, cosa che tutti facciamo quando ascoltiamo in ambienti non particolarmente piccoli.

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F.C.

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#2 Messaggio da F.Calabrese » mercoledì 23 maggio 2018, 16:39

La questione è in realtà assai complessa, come ha mostrato Glyn Adams (che è stato progettista alla Bowers & Wilkins) in uno studio -pubblicato sul Journal of AES- che contiene molti spunti degli di approfondimento. Per esempio leggete qui:

Immagine

Giustamente Glyn Adams fa presente che una riflessione da una parete vicinissima non può fare a meno di influenzare il carico acustico visto dal trasduttore, aumentandone il rendimento se arriva in fase (cioè alle frequenze più basse) o diminuendolo, quando arriva in controfase (tipicamente in gamma medio-bassa).

Per il suo studio, Adams scelse di non considerare questo pur importante fattore...

Immagine

Nel prossimo post vedremo che non è il caso di dimenticare questo aspetto.

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Re: 3 pareti, 6 pareti ed equalizzazione

#3 Messaggio da F.Calabrese » mercoledì 23 maggio 2018, 16:54

Ora osservate con molta attenzione le due curve più a sinistra in questo grafico:

Immagine

Si tratta di una misura di distorsione in gamma bassa, eseguita su un woofer AR con 10 watt di potenza, ma nella curva più a sinistra il woofer è in angolo...

Notate che la distorsione sotto 100 Hz si dimezza letteralmente... grazie appunto all'aumento di impedenza di radiazione, che a sua volta riduce l'escursione del cono, a parità di potenza in ingresso.

Già a questo punto possiamo trarre una importante deduzione: I DIFFUSORI PROGETTATI PER OPERARE LONTANO DALLE PARETI DISTORCONO INEVITABILMENTE DI PIU' IN GAMMA BASSA, a parità di potenza...

Ma attenzione... questi diffusori sono anche meno efficienti... per cui richiedono più potenza a parità di rendimento, come vedremo bene nel prossimo post.

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Re: 3 pareti, 6 pareti ed equalizzazione

#4 Messaggio da F.Calabrese » mercoledì 23 maggio 2018, 18:19

Eccovi un altro spunto di riflessione sull'argomento: qui sotto potete vedere la risposta in camera anecoica di una AR-3a collocata a filo parete (come accadrebbe se inserita in una libreria piena di libri e profonda come il diffusore). Osservate bene la gamma bassa sotto 2-300 Hz... (attenzione al fatto che la camera anecoica è piccola ed attenua sotto 80-90 Hz)

Immagine

Ed ora osservate cosa accade alla risposta quando ci si allontana da tutte le pareti...

Immagine

Come previsto dalla teoria, sotto 2-300 Hz si perdono esattamente 6 (sei) deciBel di rendimento, il che vuol dire che occorre quattro volte più potenza per ottenere lo stesso livello sonoro in ambiente. Quindi l'altoparlante distorcerà sicuramente assai di più....!

Non solo... ma rifletteteci...

Se voi foste il progettista di questo secondo diffusore (quello previsto per lavorare lontano dalle pareti) non potreste di certo tollerare una risposta con quella gobba in gamma media !

E cosa fareste...? Semplice... la spianereste con il filtro passivo, PERDENDO DI EFFICIENZA ANCHE SOPRA 2-300 Hz ed attenuando anche mid e tweeter, per riallinearne il livello...

Ecco uno dei tanti buoni motivi per cui chi vi sottace il "problema delle tre pareti" vi sta indirizzando verso scelte sbagliate.

Nei prossimi post approfondiremo quel che accade quando al "problema delle tre pareti" si tenta di dare soluzione equalizzando.

Per ora rifletteteci... se la mancanza del caricamento acustico ha raddoppiato la distorsione e quadruplicato la potenza necessaria... come potreste mai pensare che un diffusore previsto per operare lontano dalle pareti possa mai competere con un vero bookshelf o con un diffusore a baffle largo (come il Tairana)...???

A stasera
Saluti
F.C.

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Re: 3 pareti, 6 pareti ed equalizzazione

#5 Messaggio da F.Calabrese » giovedì 24 maggio 2018, 1:06

Bene... riprendiamo il nostro ragionamento sul "problema delle tre pareti" e rivediamo la Fig.1 presa dallo studio di Glyn Adams (ex B&W) pubblicato sul Journal of AES.

Immagine

Come potete vedere, l'effetto della riflessione da una parete vicina può essere facilmente studiato immaginando che la parete sia uno specchio e dunque che si formi una immagine virtuale della sorgente sonora. L'emissione di questa immagine virtuale avrà più o meno la stessa ampiezza di quella emessa dalla sorgente sonora, se questa è omnidirezionale (come sono tutti i diffusori di ridotte dimensioni, alle frequenze più basse).

Come potete vedere dall'immagine, il percorso delle due emissioni verso l'ascoltatore (O) differisce, di solito nel'ordine di decimetri o 1-2 metri al massimo. Questo vuol dire che alle bassissime frequenze le due emissioni arriveranno in fase e si sommeranno pienamente. In gamma medio-bassa, invece, ci saranno frequenze alle quali arriveranno in fase ed altre frequenze alle quali perverranno all'ascoltatore in controfase, cancellandosi tra loro.

Ora però fermatevi per un attimo a riflettere: se il diffusore (il woofer) è vicino ad un angolo ma comunque ad una certa distanza dalle tre pareti... beh... è assai probabile che le frequenze che si cancellano in direzione dell'ascoltatore si cancellino anche nella maggior parte delle direzioni, cioé anche verso le altre pareti. L'angolo opera infatti come una specie di grande tromba conica, che restringe l'angolo di irradiazione ad uno spicchio di 0,5 pi-greco steradianti.

QUESTA E' LA TESI CHE GLYN ADAMS HA INTESO VERIFICARE con la simulazione che discuteremo nel prossimo post.

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Re: 3 pareti, 6 pareti ed equalizzazione

#6 Messaggio da F.Calabrese » giovedì 24 maggio 2018, 1:26

Attenzione... Se una parete crea una immagine virtuale... allora tre pareti ad angoli di 90 gradi tra loro formeranno complessivamente sette sorgenti virtuali, più l'emissione diretta dalla sorgente sonora primaria.

Nel caso in cui il nostro angolo fosse formato da tre grandi tavole appese ad una gru... allora la risposta all'impulso complessiva sarebbe la somma delle otto emissioni... e la risposta in frequenza sarebbe la FFT di questa risposta al'impulso, se la sorgente primaria avesse una risposta del tutto lineare. Il che è esattamente come dire che la risposta delle otto sorgenti presenterebbe picchi e buche inevitabili.

Immagine

Ma Glyn Adams ha intelligentemente aggiunto nella simulazione anche il contributo delle altre tre pareti (contrariamente a quanto hanno creduto certi "scienziatoni" che sanno tutto di videogame e di caldaie, ma poco o nulla di Elettroacustica... :lol: )

Come ha fatto...? Semplicissimo: Glyn Adams ha aggiunto alle tre pareti a specchi che formano l'angolo iniziale, altre tre pareti anch'esse a specchio... che dunque hanno formato altri otto gruppi di sorgenti virtuali, ma non solo. E' ovvio che tra due specchi paralleli il numero delle riflessioni è praticamente infinito, se gli specchi non sottraggono luminosità e se non sono diffondenti.

Per fortuna l'analisi di G. Adams è stata eseguita su onde sonore, e non luminose, per cui è stato facile calcolare il ritardo e l'attenuazione con cui i vari gruppi di riflessioni potevano raggiungere un ipotetico ascoltatore posto all'interno dell'ambiente simulato. La velocità del suono in aria è infatti relativamente lenta ed il coefficiente di riflessione delle normali pareti alle basse frequenze supera facilmente il 90 per cento ipotizzato da Adams. Ecco qui sotto lo schema di una "fetta" orizzontale del suo modello tridimensionale.

Immagine

I cerchi che vedete nell'immagine sono null'altro che dei riferimenti temporali, che mostrano il ritardo con cui vengono attivate le sorgenti virtuali create dalle riflessioni di ordine superiore. Ovviamente il ritardo verso l'ascoltatore è doppio: per andata e ritorno.

A questo punto non restava a G. Adams che programmare il suo PC per sommare progressivamente i contributi ritardati ed attenuati delle singole immagini virtuali della sorgente primaria... Il risultato lo vedrete nel prossimo post.

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Re: 3 pareti, 6 pareti ed equalizzazione

#7 Messaggio da F.Calabrese » giovedì 24 maggio 2018, 1:38

Una piccola precisazione: Glyn Adams ha scelto di collocare la sua sorgente primaria ad un metro da ciascuna delle tre pareti più vicine. Contrariamente a quello che alcuni malpensanti sostengono, in questo modo NON si è creato un pattern troppo regolare, come dimostra un semplice ragionamento.

Immaginate infatti di trovarvi davanti ad una sorgente sonora (o luminosa) riflessa da tre pareti ad angolo. La riflessione dal pavimento arriverà subito dopo l'emissione primaria, mentre quella dalla parete alle spalle farà un percorso diverso e maggiore. La riflessione dalla parete laterale farà un percorso intermedio tra i primi due: un percorso assai diverso a seconda della posizione dell'ascoltatore. Ci vedete un pattern simmetrico, in tutto questo...??? ;) 8-) :D

Ora esaminiamo il risultato della somma delle primissime riflessioni, vale a dire quelle create dalle sole tre pareti più vicine. Nella parte inferiore del grafico potete vedere l'ingrandimento della gamma di frequenze tra 20 e 200 Hz.
Notate l'enorme "buco" a 100 Hz...

Immagine

Ora fate bene attenzione, perché quando si vanno a sommare altre decine di immagini virtuali (create dalle riflessioni)... ecco quel che si riscontra:

Immagine

GIA'.. ESATTAMENTE LO STESSO ANDAMENTO IN FUNZIONE DELLA FREQUENZA, con esattamente lo stesso grande "buco" a 100 Hz...

Nella didascalia originale si legge che il tempo per il quale sono state sommate le riflessioni è nientemeno che mezzo secondo, che in aria corrisponde a 172 metri di percorso... vale a dire un bel numero di rimbalzi, in un normale ambiente domestico come quello simulato da Adams.

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F.C.

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Re: 3 pareti, 6 pareti ed equalizzazione

#8 Messaggio da F.Calabrese » giovedì 24 maggio 2018, 1:57

Dunque l'ipotesi di Glyn Adams è perfettamente verificata: LE RIFLESSIONI CHE INFLUENZANO IN MODO DETERMINANTE LA RISPOSTA ENERGETICA DI UN DIFFUSORE SONO APPUNTO QUELLE PROVENIENTI DALLE TRE PARETI PIU' VICINE, perlomeno alle frequenze basse e medio-basse.

Queste le conclusioni di G. Adams, che, per poter essere pubblicate sul Journal of AES, devono aver superato un controllo collegiale da parte di alcuni dei massimi esperti del pianeta...

Immagine

G.Adams lascia intendere che possono esistere collocazioni ideali per i woofer o le bocche di trombe e linee di trasmissione, o carichi simmetrici, alle quali corrispondono andamenti della risposta più lineari. Un altro Autore li ha persino individuati...

Ora però ragioniamoci insieme: in quanti casi di diffusori commerciali sono state studiate ed adottate queste configurazioni ideali...

Beh... la risposta è semplicissima: NESSUNO...!!!

Se infatti il diffusore XY fosse progettato tenendo conto della collocazione, allora all'altezza del suo woofer dal pavimento dovrebbero corrispondere altre due distanze obbligate dalla parete di fondo e da quella laterale. Ebbene... quanti diffusori tower vengono venduti con la specifica di queste due distanze...? NESSUNO...!!!

Certo che è incredibile l'ignoranza di tantissimi (quasi tutti) progettisti di diffusori... Ma questo chi ci legge lo sa da tempo.

Eppure una corretta progettazione darebbe "una marcia in più" a tantissimi diffusori...!!!
Come infatti spiega Roy Allison a metà degli anni '70 (!!!)...

Immagine

Per non aggiungere troppa carne al fuoco mi fermo ancora una volta, bloccando il thread.

Domani parleremo delle implicazioni collegate all'impiego di equalizzatori per correggere questo tipo di anomalie della risposta energetica

Saluti
F.C.

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EQ

#9 Messaggio da F.Calabrese » giovedì 24 maggio 2018, 14:38

Ora passiamo alla fase sperimentale...

Prendiamo un vecchio diffusore come questo..

Immagine

E sostituiamo il vecchio wooferino da 8"/20cm. con un moderno cono Pro da 400 Watt...

Poi equalizziamo la risposta del solo woofer fino ad ottenere questa (attenzione: il diffusore è su stand, al centro di un grande salone, ed è misurato ad un metro):

Immagine

Niente male... vero...? Beh... ad un metro è davvero un gioco da ragazzi equalizzare così...! Specialmente se non ci sono pareti vicine.

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F.C.

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Re: EQ

#10 Messaggio da F.Calabrese » giovedì 24 maggio 2018, 14:46

Ora però avviciniamo il nostro diffusore, sempre su stand, alla parete di fondo (0,8 m.) ed a quella laterale (0,6 m.), misurando sempre ad un metro di distanza.

Immagine

Come potete vedere, la perfetta linearità di risposta conseguita con l'equalizzazione è andata a farsi benedire, anche se di non molto (perché l'emissione primaria è comunque più elevata delle riflessioni, a questa distanza di misura).

Ora però allontaniamoci di un metro: l'emissione dal diffusore calerà di sei dB, mentre le riflessioni saranno attenuate di poco più...

Immagine

Osservate le anomalie di risposta a 250 e 400 Hz... vale a dire in una gamma di frequenze cui l'udito è sensibile e nella quale si trovano le prime armoniche di molti strumenti (la cui timbrica viene così stravolta).

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F.C.

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