Metodo di installazione diffusori

Il seguente metodo è stata pubblicato sul n.385 della rivista italiana Audio Review col titolo:

Ambiente: l’equalizzatore non escludibile

Premessa

Due sono i fattori su cui l’ambiente d’ascolto incide pesantemente: il mascheramento acustico e la risposta in frequenza, in buona parte si tratta delle due facce della stessa medaglia: i modi di risonanza ambientali. C’è però anche altro che influisce sulla risposta in frequenza: un equalizzatore non escludibile, come vedremo a seguito.

La stanza

In linea teorica tutto ciò che si somma all’onda diretta è una perdita di fedeltà rispetto al supporto (ovvero è un aggiungere suoni che non sono presenti nella registrazione) ma dal momento che nessuno andrebbe ad ascoltare con diffusori a gamma intera in mezzo ad un campo, occorre convivere con ambienti affetti da risonanze distribuite e relativi tempi di riverbero: ovvero con le nostre comuni abitazioni. Ogni ambiente è affetto da risonanze di vario tipo, assiali, tangenziali e oblique distribuite in modo più o meno irregolare in funzione delle proporzioni della stanza e che causano sia un effetto di mascheramento sul suono originale e sia una forte influenza sulla risposta in frequenza. E’ stata definita una frequenza limite, detta frequenza di Schroeder, diversa per ogni singolo ambiente e sensibile al grado di trattamento acustico dello stesso, che distingue la regione di comportamento a bassa frequenza da quella ad alta frequenza della stanza. Alle frequenze basse, ossia inferiori alla frequenza di Schroeder, l’acustica è nella sua “zona modale” ovvero dominata dalla presenza delle onde stazionarie, per cui il livello della pressione sonora rilevato in regime permanente sinusoidale fluttua ampiamente spostandosi da punto a punto nell’ambiente: per questo motivo la risposta in frequenza è fortemente non lineare con escursioni che possono arrivare anche a superare i 30dB inquinando drasticamente l’ascolto. Alle frequenze superiori a quella di Schroeder il comportamento acustico dell’ambiente è più regolare e le fluttuazioni di livello si riducono di molto sia in funzione della frequenza sia muovendosi all’interno della stanza, da cui ne deriva una risposta molto più lineare ed indipendente dal punto di ascolto. La frequenza di Schroeder dipende sia dalle dimensioni del locale che dal tempo di riverbero (diminuisce all’aumentare delle dimensioni del locale e al diminuire del tempo di riverbero) ma, salvo non si vogliano modificare le proporzioni della stanza con l’utilizzo di pareti in carton-gesso o di opportuni divisori per ottimizzarne i rapporti, dovremo accontentarci dell’effetto che mobili e divani di grandi dimensioni possono avere per spezzare i modi stazionari. Per quanto riguarda le proporzioni della stanza, se siete in procinto di costruire casa, può essere utile osservare il grafico di Bolt sulle aree ottimali: partire col piede giusto aiuta molto nell’opera. La soluzione peggiore sappiamo essere quella in cui le proporzioni sono 1:1:1 ovvero la famigerata stanza cubica. Nel 1979 a firma Giancarlo Gandolfi venne redatto “Locali d’ascolto e risonanze dimensionali ideali“ un interessante articolo su questo tema ove la complessa relazione tesa a stabilire le proporzioni migliori della stanza fu data in pasto ad un calcolatore e il risultato fu la seguente proporzione: 1 : 1,4 : 2,1 , un rapporto che rientra comunque nell’area di Bolt. Per chi volesse maggiormente approfondire l’argomento “onde stazionarie” vi rimando alla lettura di Allison sul n.103 e 104 di AR.

Quella caratteristica che noi percepiamo come “definizione del suono” viene influenzata fortemente dal tempo di riverbero T60 (ovvero il tempo nel quale un suono viene a ridurre la sua intensità di 60dB) soprattutto per quanto riguarda la gamma medioalta ed essendo l’energia dell’onda riflessa proporzionale alla vicinanza delle pareti ai diffusori (e dalle pareti al punto di ascolto) e considerando la caratteristica di dispersione che normalmente ha un altoparlante in gamma medio-alta, è consigliabile potendo scegliere, disporre questi ultimi sul lato più largo della stanza, quanto più possibile distanti dalle pareti laterali che comunque non vanno lasciate spoglie ma normalmente arredate (o meglio ancora acusticamente trattate). Una buona regola al fine di ottenere tempi di riverbero bassi ma al contempo non “spegnere” il suono mantenendo un’ottima definizione è quella di lasciare non acusticamente trattata la parete opposta a quella resa assorbente, per cui se avete un tappeto a pavimento (che va messo sempre) evitate di rendere assorbente il soffitto, se avete la parete alle vostre spalle assorbente evitate di rendere tale la parete di fondo attribuendo sempre la priorità del trattamento alla parete più vicina alle orecchie delle due contrapposte e limitandovi sull’altra ad appendere qualche quadro o anche solo un poster di grandi dimensioni appeso su due punti, un espediente quest’ultimo che sembrerebbe inutile ed invece ha una sua influenza venendo a cambiare il modo vibrazionale dello stesso oggetto. Poiché i modi di risonanza vengono a trovare massima energia agli incroci delle pareti, si rivelano molto utili elementi cilindrici assorbenti posti negli angoli della stanza. In alternativa ai tube traps si possono usare come soluzione “custom” a basso costo dei cilindri di gommapiuma di circa 30-35 cm di diametro fatti tagliare ad hoc (non è consigliabile arrotolare fogli di tale materiale in quanto le celle vengono a comprimersi/espandersi in modo disomogeneo) e impilati uno sull’altro; ovviamente possono essere rivestiti in tessuto per renderli anche accettabili esteticamente. La loro flessibilità abbinata al loro diametro li rende molto efficaci anche nello smorzamento di frequenze basse. Se vi piacciono le opere d’arte moderne i diffusori di Schroeder possono fare al caso vostro contribuendo con la loro riflessione randomizzata ad una migliore distribuzione delle risonanze pur se maggiormente efficaci in gamma media. Anche la porta di ingresso alla stanza stessa si comporta come una paratia flottante, l’influenza all’ascolto la si nota piuttosto chiaramente in gamma bassa in funzione che questa sia aperta, chiusa o socchiusa e in caso di problematiche rilevanti dovute a onde stazionarie potrebbe essere una buona soluzione quella di lasciarla semplicemente aperta. In generale un ambiente arredato in modo abbondante e senza pareti spoglie comporterà indubbi vantaggi all’ascolto. Quanto visto finora ci dovrebbe portare ad una curva di riverbero leggermente discendente verso l’alto con tempi T60 che potrebbero arrivare a 0,3sec in gamma media ottenendo quindi un‘ottima definizione. L’ideale sarebbe avere questo tempo di riverbero su tutta la gamma audio ma essendo in generale i materiali assorbenti più efficaci al salire della frequenza, questo non è di fatto realizzabile.

L’equalizzatore non escludibile: i rinforzi delle pareti

Dalla figura sopra potete osservare il differente comportamento di una sorgente in funzione della prossimità delle pareti. Potete inoltre osservare la relazione che intercorre tra l’SPL e la potenza acustica. Le pareti quindi a frequenze molto basse (Allison valutava che fosse conveniente sfruttarne l’incremento di potenza acustica dai 400Hz a scendere) si comportano come veri e propri equalizzatori non escludibili e questo sia chiaro in modo indipendente dalle proporzioni della stanza e dalle sue modali….quello è un ulteriore problema che viene a sommarsi e che varia di stanza in stanza ed in funzione dell’arredamento. In questo metodo vediamo di sfruttare in modo consapevole ciò che invece sappiamo per certo essere presente sempre e comunque in tutte le stanze e che diventa quindi un elemento cruciale per posizionare i diffusori. Dai grafici tratti dal lavoro di Allison è possibile osservare tre differenti curve di risposta in potenza: quella che tiene conto della riflessione di una singola parete (A) e quelle che evidenziano l’andamento che si ha a fronte di due (B) e di tre (C) pareti equidistanti dall’altoparlante.

Si possono trarre da tale grafico quattro fondamentali informazioni:

• Per grandezze inferiori a 0,1 lunghezze d’onda (λ) ogni parete determina a fronte della diminuzione dell’angolo di radiazione un incremento di potenza acustica che tende a 3dB (e che chiameremo a seguito con l’abbreviazione di “rinforzo”).
• A fronte di due o tre pareti equidistanti dalla sorgente di suono si determinano forti irregolarità che arrivano fino ad escursioni di 20dB con tre pareti a circa 0,3 lunghezze d’onda.
• Le variazioni di potenza acustica per grandezze superiori a 0,5 lunghezze d’onda sono molto più blande al punto di poter essere trascurabili.
• Con una sola parete vicina la parziale cancellazione dovuta alla stessa si sposta leggermente più in alto, circa a 0,35 lunghezze d’onda rispetto alla condizione con tre pareti equidistanti e l’attenuazione che ne consegue è molto più ridotta: appena 1dB quindi trascurabile

Da questi capisaldi sappiamo quindi che, a fronte di diffusori convenzionali, calcolati per essere lineari in camera anecoica, non c’è probabilmente cosa più sbagliata di porre un woofer alla medesima distanza da tre pareti e va tenuto conto che le medesime regole valgono anche per il punto di ascolto (ovvero le nostre orecchie) in funzione di quanto distano dal pavimento e dalla parete alle nostre spalle. Perciò se ad esempio si pone il woofer a 40cm dal pavimento sarebbe errato mettersi ad ascoltare a 40cm dalla parete alle nostre spalle.

L’altro aspetto fondamentale è che al di sotto di quelle frequenze per cui la lunghezza d’onda è una decina di volte la distanza tra altoparlante e parete avremo sempre un’equalizzazione non escludibile che incrementa la potenza acustica di 3dB (o l’SPL di 6dB) per ciascuna parete. In realtà possiamo trascurare i rinforzi che avverrebbero a frequenze talmente basse da essere al di fuori della banda udibile. E’ ragionevole porre questo limite a 20Hz per cui a fronte di una lunghezza d’onda di 17,2m possiamo ritenere trascurabile il rinforzo di pareti che si trovano a distanze maggiori o uguali a 1,7m sia dagli altoparlanti che dai nostri padiglioni auricolari e quindi il soffitto normalmente non viene considerato. In qualunque tipo di stanza, anche se enorme, ci ritroveremo ad avere sempre almeno un rinforzo: il pavimento. Dal momento però che gli ambienti comuni di ascolto sono spesso tutt’altro che enormi, avremo a che fare con almeno due o tre rinforzi fino a raggiungere un massimo di cinque possibili rinforzi utili in stanze piccole, soffitto escluso. Presupponendo un’installazione sul lato largo della stanza, se non vogliamo rinforzi dalle pareti laterali supporremo di porre anche queste a distanza maggiore o uguale a 1,7m, dovremo però sempre evitare di averle entrambe alla medesima distanza dal punto di ascolto, per tale ragione eviteremo di porre questo sull’asse di simmetria della stanza ma sempre un poco più spostato, 20-30cm, lateralmente (vedi raffigurazioni tipologie stanze). Considerando che mediamente ascoltiamo musica seduti in poltrona o su un divano avremo un parziale rinforzo dovuto alla seduta stessa (e allo schienale). Parziale perché un divano in parte assorbe l’energia dell’onda incidente ed in parte la riflette. Questo non sarà un tipo di rinforzo che rientrerà tra quelli calcolabili, ma apporterà comunque un proprio contributo certamente più distribuito rispetto a quello che si otterrebbe dalla riflessione del pavimento se fossimo seduti su una normale sedia, ma anche più spostato verso il mediobasso dal momento che le distanze di riflessione sono inferiori sul divano. Quando si sostituisce una sedia con un divano, all’ascolto si ha generalmente la sensazione di un suono più pieno e corposo.

Come scegliere quindi i diffusori più idonei alla propria stanza? E una volta fatta tale scelta come installare adeguatamente i diffusori sfruttando i relativi rinforzi causati dalle pareti? Poiché tali rinforzi non sono escludibili e devono essere pertanto distribuiti, tanto vale cercare di farlo in modo da ottenere un recupero parziale del naturale roll-off a bassa frequenza dei nostri diffusori e cercando di ottenere al contempo una curva in ambiente con un andamento prossimo in gamma bassa alla curva di Møller*. A tal fine, se vogliamo procedere con una buona precisione, ci serve conoscere la frequenza di risonanza del nostro diffusore e sarebbe opportuno conoscere anche il fattore di merito Qt ma essendo cosa non alla portata di tutti (e comunque non determinante) vedremo come sia possibile aggirare l’ostacolo.

Diffusori-ambiente

Qualche breve accenno sull’esistenza di questa tipologia di diffusori che nascono proprio a fronte del lavoro di Roy Allison. Collocare un diffusore-ambiente è molto semplice per l’utilizzatore poiché occorre semplicemente disporlo seguendo le indicazioni del costruttore. Purtroppo i diffusori-ambiente sono merce rara e la forzata collocazione a ridosso della parete di fondo è ritenuta (erroneamente) deleteria da molti audiofili per cui non ne è mai seguito un adeguato successo commerciale. Sono comunque diversi i costruttori che hanno proposto, soprattutto negli anni ’80, questo tipo di approccio. Sui diffusori Allison, il woofer è posto il più possibile vicino a due (Allison One) o tre pareti (Allison Three) per sfruttarne l’aumento di efficienza conseguito a fronte della diminuzione dell’angolo di radiazione.  Al contempo vengono eccitati in modo maggiormente omogeneo i modi di risonanza , e viene tagliata fuori dalla banda affidata ai woofer la zona a 0,3 lunghezze d’onda che viene perciò a trovarsi al di sopra della frequenza di crossover (fissata a 400Hz sulle Allison). I midrange sono posti a una certa distanza dai woofer e si trovano invece in prossimità di una sola parete. Il livello affidato ai woofer è adeguatamente attenuato per tenere conto dei rinforzi di cui sopra. In gamma bassa questa è la soluzione che consente di ottenere il miglior risultato in termini di regolarità di risposta in ambiente.

Tipologia stanze

Al fine di poter fornire concretamente qualche indicazione di installazione faremo riferimento a stanze di classiche proporzioni a parallelepipedo. Di seguito i quattro casi più comuni che si riscontrano per le collocazioni che privilegiano il lato largo della stanza in cui supporremo le pareti laterali a distanza >=1,7m dai diffusori. Nel caso in cui le pareti laterali siano a distanza inferiore occorre considerare gli ulteriori rinforzi che tali pareti comportano: ad esempio può venire utile sfruttarne uno all’estremo udibile (25-28Hz) ponendo uno dei due diffusori a 130 cm dalla parete laterale più vicina. E’ privilegiata un’installazione sul lato largo della stanza al fine di ridurre quanto più possibile l’entità delle prime riflessioni sulle pareti laterali che causerebbero perdita di definizione.

Con pareti laterali a distanza maggiore di 1,7m rimarremo tre potenziali rinforzi così suddivisi:

1. Woofer-parete di fondo
2. Woofer-pavimento
3. Punto di ascolto-parete posteriore (alle nostre spalle)

Delle tre distanze in gioco stabiliremo che:

X = distanza minore

Z = distanza intermedia

Y = distanza maggiore

La distanza X o Z raffigurata nei vari “casi” è in funzione del fatto che venga attribuita la distanza minore o intermedia in alternanza a quella del pavimento.

Nelle quattro tipologie d’installazione più comuni il “caso A” e il “caso B” comportano tre rinforzi utili, il “caso C” riguarda una tipologia di stanza con soli due rinforzi mentre nel “caso D” ci troviamo di fronte al caso limite di stanze enormi, in cui è presente il solo rinforzo del pavimento.

 

Distanza dalle pareti laterali

Un’ulteriore buona ragione per disporre il sistema sul lato largo della stanza risiede nella possibilità di compensazione naturale dello speaker-dip ovvero della parziale cancellazione che viene a crearsi tra i due diffusori per distanze pari a 0,5 lunghezze d’onda, forse l’unico vero inconveniente della stereofonia. In gamma bassa e medio-bassa il segnale che si ha sui due canali è infatti molto simile. A tal fine occorre semplicemente scegliere la distanza tra un diffusore e una delle due pareti laterali (la più vicina o la più lontana in funzione delle dimensioni della stanza) uguale alla distanza che intercorre tra i due diffusori. Ad esempio per una stanza larga 5m si potrebbe porre un diffusore a 130 cm da una parete laterale con conseguente rinforzo utile ad iniziare dai 26Hz, la distanza tra i diffusori uguale a 185cm (speaker-dip di 93Hz) e l’altro diffusore  lontano 185 cm dalla parete laterale lontana (a compensazione). Il poter disporre i due diffusori in modo decentrato rispetto all’asse di simmetria della stanza permette inoltre l’eccitazione di modi di risonanza diversi da parte di ciascuno di essi rendendo meno irregolare la risposta in frequenza del sistema completo.

Diffusori convenzionali

Nella maggior parte dei casi ci troveremo a dover installare in ambiente diffusori convenzionali, ovvero progettati per la massima linearità in camera anecoica, per i quali valgono le regole già viste sopra. Considerando quindi una stanza tipo “A” o “B” con tre rinforzi utili ed avendo fissato:  X = distanza minore, Z = distanza intermedia, Y = distanza maggiore, distribuiremo tali distanze in base alla relazione Z² = X Y  come consigliato dallo stesso Allison, a differenza del quale però abbiamo posto come terzo rinforzo da considerare non quello relativo alle pareti laterali (supposte qui a distanza ragguardevole) ma quello relativo alla distanza tra il punto di ascolto e la parete posteriore (alle nostre spalle), totalmente equivalente per quanto riguarda il rinforzo in gamma bassa.

Una volta calcolate, tali distanze sono interscambiabili per quanto riguarda i rinforzi, ovvero potete agevolmente scegliere se utilizzare ad esempio la distanza intermedia Z tra woofer e pavimento o tra punto di ascolto e parete posteriore, mentre non lo sono affatto per quanto riguarda la diversa eccitabilità dei modi di risonanza a bassa frequenza che invece può variare sensibilmente ed è il motivo per cui è buona norma in fase di prima installazione poter scambiare tra loro queste tre distanze (o due delle tre se il diffusore è da pavimento) per comprendere quale combinazione meglio si adatta alle proporzioni della vostra stanza/arredamento.

A questo punto ci serve conoscere la frequenza di risonanza fr del nostro diffusore e possibilmente anche il fattore di merito Qt.

Per ricavare questi due valori possiamo procedere come indicato in questo tutorial, se invece avete disponibile la prova tecnica del vostro diffusore è possibile rilevare questi due dati dalla curva di impedenza dello stesso e in tal caso potete utilizzare quest’altro tutorial.

Ricavati questi due dati possiamo inserirli nel foglio di calcolo distanze per ricavare le distanze del metodo.

Se abbiamo ad esempio un diffusore con fr=60Hz e Qt=0,707 avremo Z=57cm, X=38cm e Y=86cm.

Il foglio di calcolo ricava la distanza intermedia Z per fz ovvero per la frequenza a -3dB (che corrisponde alla fr solo per Qt=0,707) attraverso un’equazione discretamente complessa da cui poi semplicemente ricava la Z = (344/fz)/10  ovvero Z = 3440/fz espresso in centimetri.

Ricava inoltre distanza minore X per una frequenza spostata di ½ ottava più in alto al fine di simulare l’andamento di una curva di Møller, quindi X = Z/1,5
e per finire, la distanza maggiore Y =Z²/ X

Anche se decidiamo di non ricavare il Qt, l’approssimazione per Qt = 0,7 non crea grossi problemi: in pratica se riscontrate una gamma bassa troppo piena potete spostare più in basso in frequenza i tre rinforzi inserendo nel foglio di calcolo come fr una frequenza più bassa, viceversa se risultasse troppo leggera. In caso di stanze con quattro o cinque rinforzi questi andranno dislocati a seguire verso la parte bassa dello spettro se le dimensioni della stanza ancora lo permettono, se ciò non fosse possibile e/o vi fossero due o più distanze molto simili le irregolarità diverrebbero importanti. Considerando che il passa-alto di un diffusore in sospensione pneumatica ha pendenza di 12dB/oct, vediamo che a fronte di quattro rinforzi utili dislocati a distanza di circa ½ ottava l’uno dall’altro si recuperano 12dB di potenza acustica in due ottave (24dB massimi teorici di SPL) per cui si estende di fatto in modo evidente la risposta in frequenza in gamma bassa del diffusore utilizzato. Per lo stesso motivo risulta difficile utilizzare un diffusore convenzionale a gamma intera (cioè inteso con un roll-off ad iniziare dai 35-40Hz) in un ambiente con più di due rinforzi pena l’ottenimento di una chiara esaltazione della gamma bassa.

Conclusioni

Scegliere un diffusore senza considerare la disposizione in ambiente e le misure della stanza in cui andrà collocato è esattamente come fare i conti senza l’oste. Questo articolo vuole rendere tangibile questo aspetto nonché fornire un aiuto concreto nella collocazione pratica di diffusori in sospensione pneumatica al fine di favorirne un’adeguata coerenza ed estensione della gamma bassa sfruttando I naturali rinforzi causati dalle pareti che, se non considerati, sono spesso deleteri. Buon Ascolto!

Prima stesura 7-11-2004
Aggiornato il 20-4-2017

Bibliografia Roy F. Allison, “The Influence of Room Boundaries on Loudspeaker Power Output”, JAES, June 1974″ Beranek, L.L., “Acoustics” New-York 1954 Olson, H.F., “Acoustical Engineering” 1957

**per quanto riguarda diffusori che a fronte di estensione molto limitata sul basso hanno necessità di più di tre rinforzi, è opportuno porre il diffusore sempre a ridosso della parete di fondo e disporre i rimanenti rinforzi disponibili a scalare di non meno di mezza ottava per evitare irregolarità.

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