Scopo delle misure audio sui diffusori acustici

[MarioBon]

Parte Prima

Nel seguito si fa riferimento all'articolo di Keele "Low-Frequency Loudspeaker Assessment by Nearfield Sound-pressure Measurement" ovvero "Stima (della risposta) di altoparlanti a bassa frequenza attraverso misure di pressione in campo vicino". Quando scrisse l'articolo (1973) Keele lavorava alla Electovoice. L'articolo si trova nel sito di Keele. Da allora le misure in campo vicino a bassa frequenza sono state adottate in tutto il mondo perché non necessitano della camera anecoica. Si tratta quindi di saperle leggere e trarne le giuste indicazioni.

Keele dimostra che le misure in campo vicino (a bassa frequenza) sono proporzionali alle misure in campo lontano su mezzo spazio (ovvero col l'altoparlante montano su uno schermo infinito).
Dato che le camere anecoiche non sono enormi, Keele sceglie un altoparlante da 4,5 pollici e un pannello da 1.2x2.4 metri. I pannello non è infinito me è abbastanza grande rispetto all'altoparlante scelto. Se avesse scelto un altoparlante da 18" avrebbe ottenuto delle misure valide fino a circa 150 Hz quindi poco leggibili.

Al di là delle dimostrazioni matematiche la prova sperimentale è rappresentata da questo grafico:


La didascalia dice:
Fig. 9, Misure sperimentali eseguite per provare l'Equazione (7) e figura 4. La sorgente è un altoparlante a larga banda da 4.5 pollici (11.4 cm) in cassa chiusa da 395 pollici cubi (6473 centimetri cubi = 6.473 litri) montato a filo al centro di uno schermo di 4 x 8 piedi (1.2 x2.4 metri) di spessore 3/4 di pollice(1.9 cm) di compensato. Sette risposte anecoiche sono state prese in asse con il microfono di misura alle distanze indicate dal diaframma. Le distanza scelte corrispondono ad attenuazioni alle basse frequenza di 0, -5,-10, -15,-20, -25 e –30 dB relativamente alla pressione misurata in campo vicino(r=0).
In altra parte del testo Keele specifica che la cassa dell'altoparlante misura 19x21x21.7 centimetri esterni.

[MarioBon]

Si noti la precisione con cui vengono descritte le condizioni al contorno della misura.
La distanza massima è di 27.3 pollici (69.34 centimetri) che è poco più della semilarghezza dello schermo ed infatti si cominciano a vedere gli effetti della diffrazione ai bordi. Quello che va notato è che tutte le curve (tranne l'ultima) sono tra loro equidistanti con buona approssimazione sotto i 500 Hz (ovvero dove ka = 0,5 circa ovvero minore di 1). Dal momento che applicando un fattore di scala i risultati non cambiano, possiamo ritenere queste misure valide anche per altoparlanti di dimensioni diverse (su schermi proporzionali).

Fin qui Keele ha provato, sia analiticamente che sperimentalmente, che la risposta in frequenza di un altoparlante in campo vicino è proporzionale alla risposta in campo lontano su mezzo spazio.
Per essere ancora più chiaro Keele produce altre misure:

[MarioBon]

A sinistra ho riportato la misura eseguita in camera anecoica in campo lontano (3 piedi = 90 cm circa). A destra, in colonna, sono riportate quattro misure fatte in condizioni diverse (sempre con l'altoparlante e la cassa usata per le misure precedenti):

- campo vicino , spazio intero, camera anecoica
- campo lontano, spazio intero, camera anecoica
- campo vicino, in laboratorio
- all'interno del box

Sotto i 500 Hz le quattro misure, per l'uso pratico, sono equivalenti. La cosa importante è che le misure in campo vicino in laboratorio e all'interno del box possono essere fatte da chiuque in qualsiasi ambiente.
La misura all'interno del box, descritta da Small, consiste nel mettere il microfono all'interno della cassa, riprendere la risposta in frequenza e applicare una persatura di +12 dB/ott. Small ha descritto come tenere conto delle perdite. Tale metodo funziona con la cassa chiusa e anche con il reflex.
Si tratta di un medoto molto efficace che personalmente utilizzo con i sistemi reflex anche perché computare le perdite oggi non è più un problema.
Va posto in evidenza che tutti i sistemi di simulazione producono la risposta dei sistemi simulati su mezzo spazio quindi la verifica sperimentale delle prestazioni viene fatta tra la risposta simulata e la risposta in campo vicino. Alcuni simulatori considerano le dimensioni reali del pannello frontale, calcolano la diffrazione ai bordi e il baffle step.
Ora che abbiamo visto come è stato superato il problema delle misure in campo lontano a bassa frequenza in assenza di una camera anecoica, riprendiamo il discorso dall'inizio.

vantaggio è quello di ottenere delle risposte confrontabili tra loro.

[MarioBon]

Parte seconda

Lo scopo delle misure audio sui diffusori acustici è fornire delle informazioni utili per prevedere le prestazioni (per esempio l'SPL massimo, la tenuto da potenza…) e la qualità (o la fedeltà) della riproduzione. Definire le prestazioni non è difficile, definire la qualità è più complicato e non può prescindere dalla qualità del programma musicale presente nel supporto. Si potrebbe anche dire che lo scopo è riprodurre il contenuto del supporto. Ma il supporto contiene due segnali monodimensionali che vengono convertiti (dagli altoparlanti) in un campo tridimensionale ne segue che non c'è una relazione di proporzionalità diretta tra il programma musicale e il campo acustico generato dai diffusori anche perchè una dimensione (l'altezza) viene aggiunta arbitrariamente dal sistema di altoparlanti mentre la profondità dipende dalla riverberazione presente nel programma musicale.

La prima cosa da chiedersi è quali siano le qualità interessanti per caratterizzare un sistema di altoparlanti. Un diffusore acustico genera il campo diretto ed il campo riflesso. Il campo diretto è lo stesso in ogni ambiente, il campo riflesso dipende:

- dall'ambiente
- gli altoparlanti (pattern di dispersione e potenza acustica)
- dalla posizione degli altoparlanti e del punto di ascolto

Il campo diretto e campo riflesso non conservano, nel tempo divenyano incoerenti. Questo dipende anche dal programma musicale. In particolare dallo ITG per quanto riguarda l’ambiente e dal tempo di autocorrelazione per quanto riguarda il programma musicale.

L'esperienza mostra che se l’ITG e “troppo corto” la riproduzione diventa affaticante. Se lo ITG è abbastanza lungo il campo diretto trasporta le caratteristiche primarie del suono legate (semplificando) alla risposta in frequenza alla distorsione non lineare ed alla waterfall (Calore, Fatica da Ascolto e Chiarezza)
Il campo riflesso, invece, trasporta le caratteristiche secondarie del suono che si chiamano così perché, se le caratteristiche primarie non sono buone, quelle secondarie sono mascherate.
Non ha senso parlare di stage o di immagine stereo se la risposta in frequenza ha dei buchi di 10 dB larghi una ottava o se la distorsione in gamma media sta al 5%.

l'ITG è il tempo che intercorre tra l'arrivo del suono diretto e l'arrivo della sua prima riflessione. In una sala da concerto l'ITG vale 10 millisecondi o più (40 mS come valore massimo). In ambiente domestico vale pochi millesimi di secondo e questo è uno dei problemi.

Alla fine (negli ultimi 60 anni) si sono fissati gli attributi del suono e per ogni attributo è stato fissato un criterio.
Le misure, per essere oggettive e paragonabili, devono essere fatte in un ambiente standardizzato per esempio la camera anecoica o con sistemi che diano gli stessi risultati (soppressione delle riflessioni). In camera anecoica si misurano le caratteristiche primarie in modo preciso ed univoco a patto che le misure siano condotte nel campo lontano della sorgente. Questo richiede camere anecoiche "grandi" (100 metri quadri).

Ma un altoparlante non viene ascoltato in camera anecoica e non viene utilizzato da solo ma in coppie.
Servono delle misure da riferire alle effettive condizioni d’uso.
Qui sorge un problema: le effettive condizioni d’uso sono sconosciute. O meglio si sa che una coppia di diffusori sarà utilizzata in un ambiente chiuso ma praticamente non si sa altro.
Allora vengono date delle indicazioni che riguardano, in modo generico, il tempo di riverberazione, la collocazione dei diffusori e del punto di ascolto.
Per esempio si raccomanda che l’ambiente non presenti modi normali coincidenti, che il punto di ascolto sia equidistante dai due diffusori e che il tempo di riverberazione non superi di troppo 0.5 secondi e che non sia inferiore a 0,3 secondi.
Queste sono delle condizioni necessarie ma non sufficienti per ottenere un risultato devente. Se si esagera con il numero di condizioni tanto vale consigliare l’ascolto in cuffia. Per farla breve posiamo scegliere di seguire le indicazioni date da Toole con il sistema spin-o-rama (o qualsiasi altro ha poca importanza). Questo risolve il problema diciamo da 200 Hz in su.

Che rapporto c’è tra la risposta presa in camera anecoica e la risposta in ambiente per quanto riguarda le basse frequenze?
In camera anacoica non ci sono pareti, in un ambiente chiuso, anche se è molto grande, almeno il pavimento è vicino agli altoparlanti. Ha senso quindi fornire una misura che tenga conto di almeno una parete.
La presenza di una parete genera una sorgente virtuale e l’SPL aumenta (al massimo) di 6 dB (la potenza di 3 dB).
Si è scelto di presentare la risposta in frequenza che avrebbe il diffusore in presenza di una parete estesa vicina o di uno schermo infinito.
Il vantaggio è quello di ottenere delle risposte confrontabili tra loro.

Alla fine la risposta in frequenza di un sistema di altoparlanti viene ripresa in campo lontano in camera anecoica oppure viene divisa in due regioni:
. in campo vicino alle frequenza basse
- in campo lontano il resto della banda (con soppressione delle riflessioni).
Audio Review usa questo sistema. Anche Stereophile usa questo sistema ma i suoi risultati a volte lasciano perplessi.
Anche questo metodo insomma presenta le sue difficoltà legate in particolare ad una standardizzazione che non è sempre applicabile (per esempio misurare la risposta in asse al tweeter ad un metro di distanza o matenere fissa la frequenza che limita la risposta in campo vicino)

[MarioBon]

P.S.
Anche il camera anecoica ci sono ande stazionarie:



Nella figura qui sopra si vedono due misure fatte a un metro nella stessa camera anecoica (in Canada) su due sistemi diversi.
In entrambe i casi si vede l'effetto dell'onda stazionaria a circa 50 Hz. Se serve una misura più precisa non resta che portarsi in campo vicino.

Chi fosse interessato al rapporto tra le misure in camera anecoica e le misure in ambiente può leggere questo documento:
http://www.classicspeakerpages.net/libr ... -9_by_tim/

[MarioBon]

Parte terza

Che rapporto c'è tra la misura in camera anecoica e la misura in ambiente?

anni fa le misure venivano fatte in camera anecoica e completate con una misura in ambiente. Per esempio prendiamo una vecchia misure della AR pi_greco 10

Nella misura in camera anecoica si vede il baffle step e la risposta è crescente con la frequenza.
In ambiente il baffle step non è più visibile. Questa è solo una misura e non può essere rappresentativa di tutte le situazioni. Però se ne possono trovare altre. Chi ne ha, da vecchie riviste, è invitato a pubblicarle.

[MarioBon]

Da parte mia inserisco l'immagine che segue e che riguarda la Epicure 2.0 misurata in tempi diversi e con metodi diversi da riviste diverse. Ci sono misure in camera anacoica e misure fatte in campo vicino (alle basse frequenze).
Le differenze sulle frequenze medie e alte sono dovute a diverse posizioni del microfono.

Osservando le curve di impedenza si capisce che si tratta dello stesso diffusore.

[MarioBon]

Mi dicono che il sig. Fabrizio Calabrese ha ripreso qualche cosa da questo 3D.
Chissà cosa ha letto e chissà cosa ha capito.

Per la spiegazione del baffle step si veda qui (al punto 3):
https://artalabs.hr/AppNotes/AN4-FreeField-Rev03eng.pdf

[MarioBon]

Non tutti i sistemi di altoparlanti, misurati in camera anecoica, danno informazioni facilmente riferibili alle effettive condizioni d’uso.

Klipschorn:

A parte l’ultimo modello che a detta del costruttore può anche non essere posizionato in angolo, i Klipschorn originali hanno bisogno dell’angolo formato da tre pareti. Nella camera aneoiuca non ci sono angoli quindi c’è da aspettarsi che una risposta misurata in condizioni anecoiche non sarà quella ottenuta in ambiente.

Bose 901

Le Bose 901 hanno 9 altoparlanti di cui uno diretto verso l’ascoltatore e 8 diretti verso la parete di fronte all' ascoltatore. Anche in questo caso la risposta in frequenza misurata in ambiente anecoico non può essere molto significativa e mostrerà soltanto i fenomeni di interferenza tra gli altoparlanti anteriore e posteriori.

DCM Time Window e Allison One

Le DCM Time Window era un originale sistema a due da pavimento che, in parte, seguiva la filosofia di Allison dando maggiore importanza alla risposta in potenza (LE) piuttosto che alla Chiarezza.
In camera anecoica presentavana un profondo buco in gamma media che scompaiva in ambiente.
Le Allison One erano sistemi a tre vie con i woofer vicini al pavimento. L’interferenza ed i fenomeni di diffrazione erano comunque presenti nelle misure. Molto meno nella risposta in ambiente con rumore rosa. Anche le Allison avevano bisogno di due pareti…

Le Bose, DCM e Allison danno più importanza alla risposta diretto+riflesso (risposta in potenza) che alla risposta nel tempo.
Possono piacere o non piacere resta il fatto che le caratteristiche primarie vengono sacrificate (e infatti funzionano meglio con certi generi musicali piuttosto che con altri). Le Klipsch e altri diffusori che richiedono un particolare posizionamento (come le AR9) in camera anecoica risultano carenti sulle basse frequenze. La risposta da 200-300 Hz in su è comunque credibile.
Per i diffusori a radiazione diretta, in particolare da stand, si è già detto.

[TeoMarini]

Non tutti i sistemi di altoparlanti, misurati in camera anecoica, danno informazioni facilmente riferibili alle effettive condizioni d’uso.
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Io sarei ancora più critico di te...
Tutti gli appassionati ascoltano i propri impianti in ambienti diversi e con diverse disposizioni dei diffusori rispetto alle pareti laterali, motivo per cui TUTTI dovrebbero avere la capacità di misurare ed equalizzare (attenuando i picchi) la risposta del proprio sistema di altoparlanti almeno fino alla frequenza di Schroeder (https://www.renatogiussani.it/la-miglio ... -ambiente/).
E quelli che usano i vari sistemi di DRC (Digital Room Correction) dovrebbero limitare l'azione di questi apparecchi-software fino alla frequenza di Schroeder per non cadere nel My-Fi.
Io, nel mio impianto analogico, adopero ancora il KRK Ergo che linearizza la risposta fino a 500 Hz...