Fabrizio Calabrese e le misure in ambiente

[MarioBon]

Per il sig.Fabrizio Calabrese le misure in ambiente equivalgono alle misure nello spazio libero o in ambiente anecoico.


Vediano di trasformare questa Perla delle Perle del sig. Fabrizio Calabese in una occasione.
Domandiamoci: nell'ambiente di del sg. Calabrese ci sono onde stazionarie? Come possiamo riconoscerle? Le onde stazionarie ci sono e lo si deduce dalle risposte in frequenza come questa:

Il fatto che, spostando la sorgente e/o il microfono, si osservi lo spostamento dei massimi e dei minimi (con minimi che diventino massimi) indica fenomeni di interferenza, vista la frequenza di questi massimi e minimi se ne deduce la presenza di rifessioni dalle pareti vicine che,in un ambiente con superfici tra loro parallele, danno origine a onde stazionarie.
L'ambiente del sig. Calabrese, per quanto grande non è speciale.
Le risposte in frequenza che mostra il sig. Calabrese sono state "lisciate" con lo smoothing. Se non lo fossero si presenterebbero molto più "frastagliate" come si vede nell'esempio qui sotto:

[MarioBon]

Nell'ultimo grafico del post precedente è riportata anche la differenza che si riscontra con e senza uno strato di fonoassorbente sul pavimento tra diffusore e microfono. In questo caso la riflessione dal pavimento è la prima riflessione ed interferisce con ilsuono diretto.

In un ambiente chiuso il microfono misura la sovrapposizione del campo diretto e del campo riflesso. Per consentire il calcolo si suppone che il campo diretto ed il campo riflesso non siano correlati in modo che non ci sia interferenza e possano essere sommati in potenza. Questo è possibile se
- non sono presenti onde stazionarie
- il campo riflesso è perfettamente diffuso.

Alle basse frequenze le onde stazionarie impediscono di parlare di campo diffuso e anche di tempo di riverberazione. Oltre una certa frequenza (la frequenza di Schroeder) le onde stazionarie sono così ravvicinate da diventaree indistinguibili. Oltre la frequenza di Schroeder il campo riflesso si considera diffuso e si può parlare di tempo di riverberazione.
http://www.mariobon.com/Glossario/___Am ... roeder.htm
La frequenza di Schroeder va presa come una indicazione. Del resto la figura precedente ha mostrato che la riflessione dal pavimento altera la misura di SPL anche alle frequenze medie (oltre la freq. di Schroeder).

In buona sostanza come andrebbero fatte le misure in ambiente non anecoico? Dipende dalla finalità.

Se si vuole caratterizzare un diffusore questo va allontanato il più possibile dalle pareti, il microfono va posto più vicino possibile (compatibilmente con la finalità della misura) e si utilizza un sistema per escludere le riflessioni. In alternativa restamo le misure in campo vicino.
Se si vuole conoscere la risposta nel punto di ascolto, i diffusori vanno lasciati al loro posto e il microfono va messo nel punto di ascolto.
Se interessa il bilanciamento tonale della risposta ottenuta con due diffusori in funzione si utilizza un segnale stereofonico con rumore rosa non correlato sui due canali. Il rumore può essere ottenuto da due generatori indipendenti o essere generato artificialmente (rumore pseudocasuale). Si dimostra che la misura con rumore pseudocasuale riduce le cause di errore (è più facile, più economica, più precisa).
L'articolo di Don Davis
http://www.mariobon.com/Glossario/___Am ... uation.pdf
qui tradottoanche in italiano (con commeti)
http://www.mariobon.com/Glossario/___Am ... uation.htm
riassume i casi in cui alla espressione classica dell'SPL in ambiente, si applicano delle correzioni. Tali correzioni si applicano quando una dimensione dell'ambient è molto maggiore o molto minore delle altre (corridoi) o quando una superficie è molto più assorbente delle altre (soffitto basso molto assorbente). In questi casi il livello del campo riflesso si riduce allondanandosi dalla sorgente (cosa che, in un ambiente sabiniano non avviene). Un ambiente sabiniano è un ambiente dove il tempo di riverberazione viene correttamente previto dalla espressione di Sabine ovvero un ambiente che rispetta le ipotesi di Sabine (dimensioni non troppo diverse tra loro, campo perfettamente diffuso).
Detto per inciso ilsig. Calabrese conosce Don Davis, se non ha avuto modo di fotocopiare l'articolo che ho linkato si può risparmiare la fatica.

Vediamo un esempio di campo non perfettamente diffuso: un ambiente con una ampia finestra aperta. Il suono che si dirige verso la finestra non viene riflesso ma esce dall'ambiente. Ne segue che nell'ambiente di osserva un flusso sonoro diretto verso la finestra. Questo significa che all'interno dell'ambiente, il suono riflesso non è diretto casualmente in tutte le direzioni e quindi non può essere perfettamente diffuso.

Condizioni che impediscono la perfetta diffusione:
- ampie superfici piatte (agiscono come specchi)
- finestre e porte aperte
- ampi pannelli fortemente fonoassorbenti
- una parete fortemente assorbente (per esempio il soffitto)

Condizioni che favoriscono la perfetta diffusione:
- superfici irregolari (diffusori di Schroeder)
- pareti non parallele
- presenza di ostacoli (mobili, soprammobili, ecc.)

In linea di massima in un normale ambiente domestico il campo riflesso si considera diffuso.
Se accetiamo la validità della espressione dell'SPL in ambienti chiusi possiamo considerare due quantità:
- la frequenza di Schroeder
- la distanza critica http://www.mariobon.com/Glossario/___Am ... ritica.htm
La distanza critica è quella frequenza dove il livello del campo riflesso è uguale al livello del campo diretto. In quel punto l'errore sulla determinazione del livello del campo diretto è uguale all'errore sulla determinazione del livello del campo riflesso e vale 3 dB.
Per distanze dalla sorgente molto minori della distanza critica l'errore sulla determinazione del campo diretto è basso ma a sempre patto che non giungano al microfono delle prime riflessioni e che non siano presenti onde stazionarie. All'aumentare della distanza l'errore sull'SPL diretto aumententaa mentre quello sul livello del campo riflesso diminuisce.

[MarioBon]

A questo punto consideriamo un ambiente di 250 metri cubi, supporremo che il tempo di riverberazione sia di 0,5 secondi (valore molto basso ed inverosimile in un ambiente non trattato) o di 0.7 secondi (valore ancora piuttosto basso). Forse un T60 di un secondo sarebbe più adeguato ma teniamoci pure bassi. In questo ambiente consideriamo due sorgenti. La prima con un fattore di direttività pari a 15 (DI=11.76) che è un valore tipico per le trombe commerciali e la seconda con fattore di direttivià pari a 1 (omnidirezionale come un woofer a bassa frequenza finchè ka<<1).
A rigore una sorgente è omnidirezionale fintantoché la velocità di volume su tutta la sua tutta superficie è costante. Questo capita per esempio con woofer montati su casse piccole e con spigoli molto arrotondati (tendenti allo sferico).

Il programma usato per il calcolo utilizza le espressioni fornite da Don Devis nell'articolo linkato più sopra.
Nel caso della sorgente direzionale (Q=15) con il microfono a 1 metro di distanza,sia con T60 0.5 che a 0.7 secondi, l'errore sulla determinazione dell'SPL è contenuto in pochi decimi di dB.

Nel caso della sorgente omnidirezionale (nelle stesse condizioni) l'errore sulla determinazione dell'SPL è maggiore di 2 dB e prossimo a 3 con il T60 più lungo. Questo significa che anche se le onde stazionarie non fossero presenti, anche se la sorgente fosse lontana dalle pareti, l'errore sarebbe comunque alto. Nella stima del rendimento un errore di 2 dB porta a sovrastimere il rendimento del 58% e con 3 dB porta a raddoppiarlo (errore del 100%). E' evidente che poi si sovrastima il rendimento dei diffusori.
Man mano che la direttività della sorgente cresce anche l'errore diminuisce. Con Q=2 l'errore si colloca tra 1.5 e 2 dB (la distanza critica vale 1.5 metri circa). Questo sempre che non ci siano onde stazionarie e la misura avvenga lontano da tutte le pareti (pavimento compreso).

Sorgente in prossimità di un angolo: in questo caso al microfono si sommano i contributi del suono diretto più quello di 8 sorgenti virtuali (tra primo e secondo ordine) che comporano un aumento fino a 18 dB dell'SPL in assenza di onde stazionarie (con onde stazionarie anche di più).

Da tutto questo si deduce che le misure in ambiente (anche nell'ambiente del sig. Calabrese) presentano un errore elevato ed una elevata incertezza e non sono ripetibili se non nello stesso ambiente con la stessa sorgente e nelle stesse condizioni.

L'affermazione che una misura a un metro dalla sorgente, nell'ambiente del sig. Calabrese, possa considerarsi come se fosse eseguita in campo libero (come se l'ambiente non esistesse) vale soltanto per sorgenti molto direttive e quando la distanza di misura è molto minore della distanza critica a patto che venga fatta sufficientemente lontano da tutte le superfici. In pratica vale solo per le trombe dedicate alla banda superiore a (diciamo) 500-800 Hz.

L'affermazione del sig. Calabrese quindi non è sbagliata in sè ma non è generalizzabile: vale solo per certe sorgenti ed in certe condizioni. Non può valere a bassa frequenza dove la distanza critica è molto prossima alla distanza di misura, in prossimità delle pareti ed in presenza di onde stazionarie.

Dato che questa spiegazione è sufficientemente dettagliata, il sig. Calabrese dirà che è sbagliata e che gli errori dobbiamo trovarli noi e che se non li troviamo dimostriamo di essere i soliti..... In realtà questo è quello che succede e c'è gran poco da controbattere.

[MarioBon]

Prima ancora che finissi di scrivere il sig. Calabrese aveva già cominciato a mettere le mani avanti ed a rigirare la frittata.

Per una volta non è stato accusato di fare confusione (parola che appare qui per la prima volta in questo argomento).
Il tema è quello scritto nel post di apertura che ripeto per comodità:

La affermazione del sig. Calabrese è chiara e non lascia spazio ad interpretazioni.
E' questo che viene contestato al sig. Calabrese: ritenere che fare misure in ambiente equivalga a fare misure in campo libero (come se l'ambiente non esistesse). La sua è una generalizzazione che non ha fondamentoe e che lo porta inevitabilmente a commettere degli errori.
Ciò non esclude che il sig. Calabrese riesca a fare confusione con mille altre cose (basta considerare l'uso di termini come sensibilità ed efficienza).

[MarioBon]

A chi volesse fare delle misure si raccomanda di non usare smoothing ma di riportare le curve di risposta, riprese a distanze crescenti, così come sono.
Se si usa uno sweep in frequenza questo deve durare abbastanza per tenere conto di fattori di merito fino a 20.
Se si usa rumore speudocasuale lo speudo periodo deve essere superiore a 1.5 secondi (meglio ancora 3 secondi). Se la banda di frequenze è limitata a 500Hz si può tentare la misura con rumore bianco altrimenti è meglio usare rumore rosa. Lo stesso criterio si utilizza per scegliere tra sweep lineare o logaritmico.

Le distanze devono essere misurate con un errore massimo dello 0.2% e il valore SPL misurato deve discostarsi da quello atteso per 0.5 dB massimi (non più o meno 0.5 dB ma proprio +0.5 dB perchè l'errore è e deve essere solo in un versoquindi invece di 6dB di attenuazione se e possono misurare 5.5).
La distanza minima del microfono dalla sorgente deve essere tale per cui il microfono venga a trovarsi sempre nel campo lontano della sorgente (nel campo semivicino della sorgente l'SPL non decresce di 6dB per ogni raddopppio della distanza).

Avendo fatto le misure in questo modo si potrà capire se e fino a quale distanza dalla sorgente siano rispettate le condizioni di campo libero.

Buon divertimento.