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  • Mercoledì 01 Luglio 2009 08:59
  • Scritto da David Guanciarossa

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Correzione acustica dei piccoli ambienti (I parte)

 

MODALITA' DI PROPAGAZIONE DEI SUONI IN AMBIENTI CHIUSI

L'energia sonora si propaga in aria per onde di pressione. Immaginiamo di avere un cono di altoparlante applicato in corrispondenza di un foro di uno schermo di dimensioni illimitate: se imponiamo al cono un rapido spostamento in avanti, verrá a prodursi pressione sull'aria che lo circonda (onda di pressione). Imponendogli, invece, uno spostamento in senso inverso, si verificherà il fenomeno contrario, cioè una depressione. La successione dei due movimenti crea un susseguirsi di onde di pressione e depressione che assumono forme sferiche intorno alla sorgente di emissione. Questo fenomeno, se ripetuto con cadenza regolare (carattere periodico), costituisce un suono (1) e nell'immediata vicinanza della sorgente crea un campo acustico. Se la sorgente di emissione è in ambiente chiuso, i vari treni d'onda che si vengono a formare investono le pareti e l'energia sonora subisce assorbimento, riflessione e diffusione. Quest'ultima è in parte dissipata o trasmessa agli ambienti limitrofi secondo valori caratteristici del materiale costituente la parete e in parte rinviata specularmente (riflessione), mentre le asperità della parete e la presenza di oggetti in rilievo sulla parete stessa si comportano come nuove sorgenti di energia, provocando il fenomeno della diffrazione (diffusione) (2). Un punto qualunque dell'ambiente riceve, quindi, l'energia direttamente dalla sorgente, più gli effetti (spesso preponderanti) di quella assorbita, riflessa e diffusa dalle pareti; tali effetti variano essenzialmente col variare delle frequenze componenti il suono.

LA RISONANZA

Un altro fenomeno che influenza la propagazione del suono è quello della risonanza. Ogni ambiente, è infatti, una camera risonante (3) ed entra in vibrazione qualora sia eccitato da una o più frequenze corrispondenti a quelle che gli sono proprie (frequenze di risonanza). Queste ultime dipendono dalle dimensioni del locale e dalla velocità di propagazione del suono. Il fenomeno è stato da lungo tempo impostato e studiato e, simulando l'ascoltatore per mezzo di microfoni, posti ad es. come nella figura 1, si è trovato che l'ambiente altera notevolmente la risposta in frequenza degli altoparlanti (4) (vedi la figura 2).

stanza
fig.1 - Il microfono situato in A simula la presenza dell'ascoltatore

risposta acustica
fig.2 - Risposta acustica di un ambiente di ascolto di circa 100 m3 con altoparlante in angolo e microfono al centro. Notare l'irregolarità della risposta dovuta alla presenza di numerosi picchi di risonanza.
risposta in frequenza
Fig. 2b - Risposta in frequenza di uno stesso altoparlante in tre locali di diemzioni, forma e assorbimento differenti.

Per un locale corrispondente per forma ad un parallelepipedo, le frequenze di risonanza sono date con approssimazione (da Raleigh):

Raileigh

con lx, ly, lz le tre dimensioni dell'ambiente; nx, ny, nz, i numeri interi a partire da 0; u = velocità di propagazione del suono in aria (340 m/s). Assumendo lz come lunghezza (dimensione principale), ly come larghezza, lz come altezza e ponendo:

nx = 1, ny = 0, nz =0

avremo la frequenza di risonanza fondamentale tra quelle della serie tre volte infinita che è propria dell'ambiente (5):

serie

La serie delle armoniche di tale fondamentale e ottenibile per n = 2, 3, 4 etc.

Quando una vibrazione forzata viene impressa nell'aria, alcune delle frequenze proprie dell'ambiente in corrispondenza o vicine ad essa vengono eccitate. La concentrazione delle frequenze proprie è, però, minore nella zona delle basse frequenze che non nella zona delle frequenze medie o alte ed aumenta con l'aumentare delle dimensioni dell'ambiente (vedi figura 3).

risposta acustica di un piccolo ambiente
fig. 3 - Risposta acustica di un piccolo ambiente in condizioni sperimentali simili a quelle della fig.1.

Nella regione tra 60 e 100 Hz le frequenze di risonanza (frequenze proprie dell'ambiente) risultano molto distanziate.

In altre parole, per un locale piccolo, le frequenze proprie sono molto distanziate e, qualora, come è probabile, una sola venga eccitata, si produce un fenomeno di accentuazione della frequenza eccitante. Anche nel caso che più di una di tali frequenze venga stimolata (caso più frequente per ambienti di dimensioni medie), la riproduzione sonora nè risulta alterata, in quanto sorgono notevoli fenomeni di interferenza (battimenti), con la conseguenza di una distribuzione non uniforme dell'energia sonora (6).

In pratica è quello che può accadere in ambiente con forma di parallelepipedo delimitato da superfici piane e parallele non egualmente assorbenti. In grandi ambienti (7), invece, una vibrazione forzata eccita un numero grandissimo di frequenze proprie che risultano, in tal caso, molto addensate, anche nella zona delle basse frequenze. I fenomeni d'interferenza divengono, numerosissimi e complessi, col risultato, però, di una distribuzione sufficientemente uniforme dell'energia sonora. Da quanto abbiamo detto si deduce che per i locali di ascolto domestico non è realizzata la condizione di uniforme distribuzione e quindi, diventa necessario combattere il fenomeno della risonanza mediante opportuni provvedimenti. La corretta diffusione dell'energia sonora è ottenibile creando delle irregolarità alle pareti, sia per movimenti superficiali delle pareti stesse, sia per irregolare distribuzione delle superfici assorbenti (vedi figura 4).

trattamento acustico
fig. 4 - Trattamento acustico di una stanza di ascolto per mezzo di pannelli diffondenti

La presenza di spigoli e bordi aumenta l'effetto di diffusione a causa dei fen­meni di diffrazione che vi si verificano.

Allo stesso scopo possono essere usati pannelli alle pareti divisi e dispersi ed elementi di volume, dimensione e materiali diversi, in forma di cilindri, coni e sfere, anche sospesi. Perchè tali provvedimenti siano efficaci le dimensioni degli oggetti siano essi rilievi, pannelli, o elementi di volume, devono essere superiori ad 1/4 della lunghezza d'onda della frequenza incidente (anzi comprese tra 1/4 e 1/2) (8). Le pareti trattate come abbiamo detto permettono una diffusione abbastanza uniforme in qualità di direzione, creando un campo sonoro in cui la densità dell'energia sia poco differente da punto a punto. La molteplicità delle dimensioni e dei materiali usati contribuisce a creare condizioni di uniformità per tutte le frequenze.

Questo tipo di misure può definirsi di carattere passivo, in quanto cercano di modificare l'ambiente di ascolto; è possibile, però, una correzione attiva, quella cioè, che vuole controllare e adattare la restituzione sonora di un sistema di riproduzione all'ambiente in cui avviene l'ascolto.

La risposta dell'intero sistema, inclusa la stanza, deve essere il più possibile uniforme (entro 2 dB di deviazione dalla linearità). Tramite filtri selettivi ed equalizzatori viene regolata l'intensità di quelle frequenze che il sistema e l'ambiente, insieme, tendono ad accentuare e vengono eliminati, così, gli effetti della risonanza (vedi figura 5).

risposta in frequenza e correzione
fig. 5 - Risposta in frequenza di un locale di grandi dimensioni (curva A) e sua correzioni tramite l'uso di sistemi di equalizzazione (curva B)

Attraverso queste tecniche i risultati sono quelli di una grande purezza da riverberi e colorazioni, nonchè di una larga e uniforme risposta in frequenza. Come prevedibile, esse richiedono notevole esperienza e conoscenza di problemi di insonorizzazione degli ambienti e del sistemi per risolverli. Una correzione attiva può, comunque, con successo essere realizzata anche dal possessore (di buon orecchio) di un normale impianto HiFi tramite dischi particolari che permettano una riproduzione dettagliata (9) delle frequenze che più facilmente possano causare effetti dannosi per l'ambiente d'ascolto domestico (30-250 Hz), facilitando così almeno la scelta della posizione degli altoparlanti e della posizione d'ascolto.

Edoardo Catalano

In pratica

Per correzione acustica si intende, in generale, quel complesso di provvedimenti miranti ad ottenere una corretta restituzione sonora dell'ambiente in cui avviene l'ascolto di brani musicali. Non sempre questo scopo è facile da ottenere, perchè molteplici sono gli aspetti che debbono essere presi in considerazione. Uno di questi riguarda gli effetti che la risonanza dell'ambiente d'ascolto ha sul brano musicale riprodotto: colorazione della voce — soprattutto maschile —, sovrapposizione di vibrazioni, non dipendenti dall'altoparlante, degli oggetti e dei vetri a certe note basse d'organo e alterazione degli strumenti, come il contrabbasso che sembra rispondere con una nota sola. Le frequenze di risonanza caratteristiche del locali domestici sono situate nella gamma delle basse frequenze e risultano in tale intervallo (65 ÷ 160 Hz) (10) molto distanziate: questo comportamento, peculiare degli ambienti piccoli, può alterare profondamente (11) la dinamica del brano musicale, qualora una delle dette frequenze venga eccitata, durante la riproduzione, tramite i vostri altoparlanti.

I provvedimenti da adottare consistono principalmente nel creare irregolarità sulle pareti e nell'ambiente. tramite pannelli, elementi di volume etc., in modo da favorite al massimo la diffusione dell'energia sonora tramite fenomeni di diffrazione. Altri provvedimenti di carattere pratico possono essere consigliati. Spesso una porta aperta tra due stanze comunicanti può modificare profondamente la risonanza dei due ambienti combinati. Anche l'apertura di una finestra può influire notevolmente sulla risposta del locale, in quanto con essa si viene a creare un'area (il vuoto) di massimo assorbimento. Quando una di queste misure non dà i risultati sperati, uno dei provvvedimenti piu efficaci è quello di creare (v. figura n. 6)

elemento assorbente
fig. 6 - La presenza di un elemento divisorio può modificare sensibilmente la risonanza di un ambiente. La parte C può essere trattata con materiale assorbente

un elemento di divisione nell'ambiente (ad esempio una scaffalatura o libreria con una parete possibilmente trattata con materiale assorbente) che separi il locale in due parti di frequenze di risonanza diseguali e alte rispetto alla frequenza di risonanza della camera singola. Se il mobile imbottito su un lato (ad es. tramite un pannello forato riempito di lane di vetro) si influisce positivamente anche sugli effetti di riflessione che si verificano tra due pareti parallele (vedi in figura n. 7 A e B).

focalizzazione
fig. 7 / 7bis - Fenomeno di focalizzazione acustica

Questa è una soluzione radicale che presuppone però una certa dimensione del locale d'ascolto.

A volte può risultare conveniente e soprattutto pratico influire sulle disposizione dei riproduttori acustici. Speciali dischi, in cui sono incise numerose bande di frequenze motto basse, aiutano allo scopo. Spostando gli altoparlanti da una posizione all'altra potrete osservare che in alcuni punti si determina una accentuazione e in altri una diminuzione del suoni di bassa frequenza: è il fenomeno della cattiva distribuzione delle onde stazionarie (12). Spostando gli altoparlanti lungo la parete, durante l'ascolto di un disco che normalmente vi offre una rimbombante riproduzione del bassi, troverete le posizioni più adatte, che in genere sono a 1/3 o 1/4 di lunghezza degli angoli (13). In tal modo la tisonanza ai bassi è notevolmente ridotta.

Se i provvedimenti di cui sopra non risultassero efficaci l'unica soluzione accettabile è cambiare stanza. E' pur vero che l'ambiente ideale non esiste (se non in teoria), ma in pratica alcune regole possono venir rispettate almeno una delle tre dimensioni, ad es., non dove essere inferiore a m. 3,40 (lunghezza d'onda per una frequenza di 100 Hz) (14), nessuna dimensione deve essere multiple di un'altra nè deve esserci alcuna coppia di superfici parallele (per ridurre il fenomeno delle onde stazionarie). Le forme da evitare sono: una piccola stanza a forma di cubo perfetto (massima concentrazione della risonanza), la forma perfettamente prismatica, la forma cilindrica e sferica (che danno luogo a fenomeni di focalizzazione: (v. figura n. 7); da evitare sono anche quel locali in cui si affaccino ampie alcove o ample nicchie senza porte. Sono invece da raccomandare stanze con pareti non parallele (15) o in cui il parallelismo sia interrotto (v. figura n. 4) ad esempio da protuberanze (non troppo accentuate), come un camino o una libreria e, in genere, in cui le pareti siano irregolarl (ad es. con una differenza di trattamento delle superfici del soffitto e pavimento). Alcuni autori hanno suggerito i rapporti tra le tre dimensioni di un ambiente a forma di parallelepipedo:

per piccole stanze 1:1,25:1,6
per stanze medie 1:1,6 :2,5
per stanze grandi 1:1,25:3,2

Così, ad es.; secondo la prima terna di valori, portando l'altezza a m. 2,50, si ha un locale di m. 4 x 3,13, portandola a m. 3,00 si ha un locale di m. 4,80x3,75 (fig. 8).

rapporti ottimali fra le dimensioni
fig. 8 - Rapporti ottimali fra le dimensioni di un piccolo ambiente (espresso in metri)

Non esiste, in realtà, un rapporto ottimale (16), ma solo una serie di rapporti accettabili, mentre risulta più significativo il volume in se stesso.

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(1) Cfr. anche: « Suono », n.i 3 e 4.
(2) Questo avviene a differenza che nell'ottica, perchè le lunghezze d'onda sonore sono paragonabili alle dimensioni degli oggetti.
(3) Fanno eccezione quei locali con pareti trattate per essere totalmente assorbenti (camere anecoiche).
(4) Wente definisce al proposito il fattore di irregolartitá di trasmissione:
Wente
espresso in dB, con Pm valore dei picchi di pressione sonora rilevabili nella banda compresa tra le due frequenze scelte e f1 , e f2 valore delle massime depressioni rilevabili nella stessa banda.
(5) La risonanza fondamentale si manifesta per
risonanza
come è facile verificare confrontando la formula con la relazione:
formula
Così, ad es., per un ambiente avente la dimensione principale di m. 3,40, la frequenza di risonanza è di 50 Hz, corrispondente ad una lunghezza d'onda di 6,80 m. (3,40 x 2).
(6) Queste condizioni non permettono, fra l'altro, la perfetta applicazione delle relazioni di Sabine, Eyring, Millington, Sette per il calcolo del tempo di riverberazione.
(7) Per grandi ambienti si intendono quelli con volume superiore a 1000 m3 e aventi una dimensione superiore a 11 m.
(8) Risulta evidente la difficoltà di diffusione per suoni la cui lunghezza d'onda può assumere valori di qualche metro (basse frequenze).
(9) Data la selettività stessa del fenomeno di risonanza.
(10)Al di sotto del 65 Hz, a causa della progressiva riduzione di sensibilità dell'orecchio (effetto Fletcher), gli effetti della risonanza risultano automatioamente ridotti.
(11) D'altro canto questa proprietà è quella che permette un intervento selettivo e quindi più efficace.
(12) Quando le dimensioni dell'ambiente sono uguali alla metà della lunghezza d'onda incidenti, le onde incidenti e quelle riflesse si sovraopongono formando il fenomeno delle onde stazionarie: il livello delle pressioni varia secondo una serie di valori massimi e minimi (nodi e ventri) di distribuzione dell'energia sonora.
(13) La dislocazione agli angoli accentua la riproduzione delle basse frequenze.
(14) Una piccola stanza (per es. di metri 2,65 x 3,30 x 3,00) è inadatta, quindi, per la piena riproduzione della basse frequenze al di sotto di 100 Hz, nel senso che essa non permette che vengano sviluppate in pieno le possibilità degli altoparlanti.
(15) Al parallelismo va imputata gran parte del difetti degli ambienti acustici.
(16) Tanto più che la risposta acustica viene fortemente influenzata della presenza di persone od oggetti.

SUONO HIFI STEREO

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