Tecnica e Musica

Nelle sale di piccole dimensioni, la distanza ridotta fra le superfici genera la presenza di riflessioni di forte intensità con ritardi, rispetto al suono diretto, di pochi millisecondi. Si possono avvertire i cosiddetti echo flutter che consistono in echi ripetuti e ravvicinati soprattutto in presenza di pareti parallele.

Le condizioni sfavorevoli sopra elencate, possono generare, anche quando non vengono uditi veri e propri echi, a causa delle rotazioni di fase causate dalle differenze di lunghezza dei percorsi sonori, alterazioni energetiche dello spettro sonoro, che possono andare teoricamente dall’annullamento al raddoppio di livello per una data frequenza, come si vede nel grafico seguente.

Nel  grafico si nota come il suono diretto A combinandosi con una riflessione sfasata B da luogo ad alla curva C, il fenomeno porta il suono originario, proveniente dalla sorgente, a subire delle modifiche del contenuto energetico sonoro fino a condurre al quel meccanismo, considerato dannoso, conosciuto come effetto  filtro a pettine.

Una scoperta molto importante fu fatta da Haas prese il nome di effetto precedenza. L’esperimento consisteva di disporre gli ascoltatori ad una distanza di tre metri da due altoparlanti equidistanti inclinati di quarantacinque gradi rispetto l’ascoltatore. Il suono di un altoparlante poteva essere ritardato rispetto all’altro e i livelli variati indipendentemente. Haas scoprì che, con un ritardo compreso fra i 5 e i 35 millisecondi, il suono dell’altoparlante ritardato deve essere aumentato di 10 dB affinché venga percepito come eco. Inoltre gli arrivi delle riflessioni in questo periodo d’integrazione operato dall’orecchio danno la sensazione di un aumento di livello sonoro. Questi esperimenti portarono a tracciare la curva riportata di seguito, che rappresenta la soglia di udibilità della riflessione come suono distinto da quello diretto in funzione del ritardo.

La situazione sperimentale creata da Haas, è stata ripresa anche da Olive e Tool, perché rappresenta la normale conformazione di un impianto stereofonico.

L’esperimento dei due ricercatori è stato effettuato impostando un ritardo intorno ai dieci millisecondi e
aumentando progressivamente il livello dell’altoparlante ritardato rispetto all’altro. Il livello a cui si avverte una differenza è la soglia di udibilità della riflessione.

Aumentando ulteriormente il livello si avverte un amento della sensazione di spazialità fino allo
spostamento dell’immagine sonora dall’asse della congiungente degli altoparlanti anche se l’esperimento viene svolto in ambiente anecoico. Dopo un aumento ulteriore di livello si arriva alla distinzione dell’eco.

Se questo esperimento si ripete per vari valori del ritardo si può ricavare un grafico come quello seguente

Se si pensa che ritardi intorno ai venti millisecondi equivalgono a differenze di percorso intorno ai sette metri, si può dire che le prime riflessioni, che hanno energia maggiore delle successive, nei piccoli ambienti ragionevolmente contenute nell’intorno dei venti millisecondi di ritardo, quindi nelle sale di regia, affinché il suono diretto degli altoparlanti non venga influenzato dalle negativamente riflessioni, occorre le prime riflessioni siano al di sotto della soglia di udibilità.

Mi è stato fatto giustamente osservare che il precedente post risulta poco “digeribile”, in effetti è stato tratto un articolo rivolto ad un platea specializzata senza troppe modifiche.

Comunque i concetti di fondo non sono affatto difficili: sia chi suona strumenti musicali che chi è appassionato di HiFi, si confronta con questi concetti. Se si prende ad esempio una chitarra, essa ha delle corde che vibrano ad una frequenza che dipende dalla loro lunghezza, dal materiale, dalla tensione della corda, ecc. tali vibrazioni vengono raccolte e amplificate dalla cassa di risonanza che altro non che quella “scatola col buco” proprio dietro le corde. Tale meccanismo funziona anche per gli strumenti a fiato: aprendo o chiudendo i fori dello strumento, ad esempio prendiamo il flauto dolce, quello che spesso si suona a scuola, si intona la nota da suonare. Più alto è il numero dei fori chiusi dalle dita più è grave la nota suonata. Così accade per le percussioni, ad esempio la cassa della batteria (bass drum) è l’elemento più grave del set perché è quello di volume maggiore.

E gli audiophili sanno che la più grande il volume della cassa, a parità altoparlante, più bassi essa avrà in linea d massima.

Ciò accade anche per le stanze in cui viviamo: hanno delle proprie frequenze di risonanza, chiamate risonanze modali, più di una, che influenzano la musica che ascoltiamo come la cassa di risonanza della chitarra influenza il suono prodotto della corda.

Come si è già capito, più una stanza è grande, più le risonanze si sposta verso gli infrasuoni ossia la zona delle basse frequenze non udibili dall’orecchio umano (per capirci siamo al disotto dei venti Hz). Per le stanze piccole e con questo intendo “acusticamente piccole” ossia la maggior parte di locali casalinghi  nonché di molti studi di registrazione e radiofonici, tale risonanze ricadono nel campo udibile modificando ciò che viene ascoltato e in maniera molto evidente.

Baste immaginare come suonerebbe una chitarra senza cassa armonica (oggi esistono le silent guitar che possono farcelo immaginare), oppure basta provare a far suonare un altoparlante tipo woofer al di fuori della cassa, oppure basta portare la cassa del proprio stereo fuori al balcone e sentire come diverso sia il suono. 

Bisogna specificare che non tutte le influenze che la stanza ha su ciò che ascoltiamo dipende dalle risonanze modali delle basse frequenze ma sicuramente rappresentano uno dei problemi acustici più gravosi perché più complicato da ridurre.

Perché accade solo per le stanze definite “piccole acusticamente”?

All’aumentare della frequenza queste risonanze modali divengono sempre di più “fitte” finché la propria i picchi e gli avvallamenti presenti nella risposta alle basse frequenze di una stanza si “appiattiscono” (la risposta si fa più lineare), come si può vedere nei grafici dell’ultimo post.

Il motivo per cui ciò non accade nelle stanze di grandi dimensioni( come teatri, auditori, ecc.) è perché la frequenza al disopra della quale accade questo “appiattimento” si trova al disotto della più bassa frequenza udibile dall’orecchio umano (quindi risposta tendenzialmente lineare su tutte la gamma delle frequenze udibile). Tale frequenza è detta di Schroeder e dipende dal volume della stanza in questione e dal proprio tempo di riverberazione (la formuletta la metto, va):

Una sala può esseredefinita piccola dal punto di vista acustico se la densità modaleallebasse frequenze risulta essere scarsa così da formare evidentipicchi nellarisposta in frequenza alle basse frequenze. Ciò significache il grado disovrapposizione modale M, definito dal prodotto delladensità modale per la semilarghezza di banda modale, assume valoribassi, il quale dipende fondamentalmente dalla frequenza al quadratodal grado di smorzamento del modo stesso (che è una specie dicoefficiente di assorbimento) e dal volume della stanza: più alta è lafrequenza più alto è il grado di sovrapposizione modale, la stessa cosaaccade al crescere del grado di smorzamento e del voluma della stanza.   La sua formula è:

Valori piccolidel grado di sovrapposizione modale M fanno intendere che pochi modioccupano una banda di frequenza così da generare picchi accentuatiquando due modi si sommano e valli quando accadono cancellazioni difase fra due frequenze di risonanza.

Questocomportamento porta ad una risposta alle basse frequenze noncompatibile con un uso professionale: infatti una piccola stanza nonaccuratamente progettata e trattata acusticamente rende impossibile unascolto critico del materialemusicale riprodotto dagli altoparlanti.