L’ambiente d’ascolto per l’audio/video multicanale 1

Gli standard e le raccomandazioni per la realizzazione e l’ottimizzazione del proprio ambiente d’ascolto domestico

Si lavora e a volte si sogna anni per acquistare l’impianto dei propri desideri, ma prima e dopo l’acquisto si pensa davvero a dove e a come installarlo? L’ambiente non è una variabile trascurabile e l’esperienza insegna che, portato a casa e messo in funzione l’agognato superimpianto avendo però sottovalutato questo peculiare anello della catena di riproduzione, ci si possa aspettare delle cocenti delusioni. Non stiamo purtroppo parlando di eteree sfumature ma di effetti macroscopici all’ascolto, percepibili da chiunque e non soltanto da orecchie ben allenate: un magma di cupi rimbombi, riverberazioni eccessive, distorsioni e disuniformità di risposta facilmente evidenziabili ed ovviamente non imputabili alle apparecchiature così amorevolmente interfacciate ma tragicamente incapaci di riprodurre l’immagine sonora promessa ed attesa. Cosa succede? Succede che sull’interfacciamento acustico ambiente-impianto di riproduzione incombe una sorta di maleficio, una reticenza o forse più semplicemente ignoranza su questioni spesso non complicatissime e per altro scientificamente ben indagate negli ultimi anni, salvo poi subirne volenti o nolenti gli effetti non proprio piacevoli di cui sopra. A chi come il sottoscritto si occupa da molto tempo di acustica ambientale, un tale atteggiamento continua a sembrare assurdo considerato che, come spero di poter adeguatamente mostrare a quanti avranno la voglia e la cortesia di seguirmi in questa e nelle puntate che seguiranno, molto si può fare anche negli ambienti domestici che non siano specificamente ed esclusivamente dedicabili all’ascolto di un impianto per l’home theater multicanale.

Diversamente da quanto già fatto per gli articoli presentati qualche tempo fa sulla consorella AUDIOreview, che comunque consiglio anche come approfondimento, l’approccio al problema dell’interfacciamento diffusori acustici/ambiente d’ascolto avverrà su queste pagine partendo da quelli che sono i documenti e le raccomandazioni relative all’ascolto di impianti per il multicanale, presentati da organizzazioni internazionali quali ITU (International Telecommunication Union), EBU (European Broadcasting Union), AES (Audio Engineering Society), che ovviamente si occupano di norme per audio, video e telecomunicazioni. Il passo successivo sarà quello di entrare un po’ più nel dettaglio di quanto specificato, esplicando quanto necessiti della teoria sempre con il dovuto rigore ma sforzandosi di non appesantire troppo la trattazione e cercando di fornire al lettore interessato tutti quegli elementi utili magari a ricondurre i parametri della propria configurazione d’ascolto entro il raccomandato.

A cosa serve uno standard per l’ambiente d’ascolto?

La riproduzione sonora in ambito domestico è l’ultimo anello di una catena che parte dalla registrazione di un evento musicale, in questo caso anche di immagine cinematografica o televisiva, e passa per una serie di lavorazioni successive che permettono di arrivare al prodotto finito su uno dei supporti che ben conosciamo quali DVD o CD, solo per citare i due più diffusi. In tutte queste fasi della lavorazione, gli ingegneri del suono insieme agli artisti ed ai produttori decidono come costruire il prodotto e controllano che lo stesso corrisponda a quanto desiderato, ma come e dove? La comunità audio e video internazionale, composta di enti ed associazioni di studiosi e tecnici e industrie del settore, si occupa da anni di standardizzazione, ovvero di fare in modo che tutta la catena produttiva, o almeno la gran parte di essa, sia ben definita in modo da garantire la compatibilità del materiale prodotto. È per questo motivo che un apparato audio/video di un qualunque costruttore si collega tipicamente senza problemi agli apparecchi di un altro costruttore, anche di un diverso paese, e che un CD fatto in Inghilterra si può ascoltare in Africa e un film girato in America si può vedere ed ascoltare a Mosca o in Indonesia!

Non ci crederete, ma anche l’ambiente d’ascolto e la configurazione dell’impianto di riproduzione e diffusione sonora nello stesso sono stati e continuano ad essere oggetto di parecchi studi, studi da cui i suddetti enti ed associazioni hanno estrapolato le raccomandazioni e gli standard necessari o semplicemente utili a ricreare le condizioni per usufruire del prodotto in oggetto, il disco o il film, nella esatta maniera in cui è stato pensato: esistono quindi gli standard per le regie e le control room degli studi di registrazione e gli standard e le raccomandazioni per le sale di proiezione cinematografiche come per gli ambienti di ascolto e visione professionali e consumer 1. Quest’ultimo aspetto è quello che più dovrebbe interessare il lettore di Digital Video che, pur ben preparato ed informato sulle caratteristiche delle apparecchiature, potrebbe non essere del tutto convinto del corretto posizionamento ed utilizzo delle stesse in uno spazio opportunamente dedicato all’ascolto ed alla visione.

Il documento AES TD 1001.01-10

Nel corso dell’anno 2001 l’Audio Engineering Society rendeva pubblico il documento Multichannel surround sound systems and operations, documento che, come dice il titolo, raccoglie tutto quanto necessario considerare in materia di installazioni d’ascolto e visione per impianti in configurazione stereofonica, 3/2 e 5.1. Questo documento è ancora il più recente standard operativo nel campo e raccoglie ed integra quanto descritto nella forse più nota ITU-R BS.775, Multichannel stereophonic sound system with and without accompanying picture, dall’anno di pubblicazione di quest’ultima (1992) ai quasi dieci anni successivi, tenendo conto di altre analoghe raccomandazioni e di studi internazionali sull’argomento dell’interfacciamento critico.

Come già fatto su AUDIOreview, ci serviremo di alcune tabelle riassuntive estrapolate dal documento citato in modo da puntualizzare le grandezze e le situazioni in gioco, per poi passare alla descrizione ed alle osservazioni necessarie alla migliore comprensione di quanto discusso (per un approfondimento ed un ulteriore dettaglio di alcuni aspetti fondamentali della riproduzione nei piccoli ambienti, troverete dei box dedicati): alla fine dovremmo ottenere un utile vademecum per l’audio-videofilo illuminato e potremo goderci al meglio il nostro impianto. Le tabelle esplicative da cui trarremo spunto sono tre e sono dedicate alle caratteristiche fisiche dell’ambiente d’ascolto di riferimento, alle caratteristiche del campo sonoro da ricreare nell’ambiente d’ascolto ed alle caratteristiche dei diffusori acustici: per cominciare, vediamo qual è, secondo le raccomandazioni citate, la configurazione canonica di un sistema multicanale per la riproduzione dell’audio associato ad un generico supporto video.

Figura 1 - ITU-R BS775.1, la disposizione dei diffusori acustici del sistema multicanale 3/2 con possibilità di riproduzione video associata all’audio.

Figura 1 – ITU-R BS775.1, la disposizione dei diffusori acustici del sistema multicanale 3/2 con possibilità di riproduzione video associata all’audio.

La Figura 1 è la ben nota disposizione della ITU BS.775 ed indica come disporre i cinque diffusori acustici relativi ai canali discreti di un sistema idoneo alla riproduzione, ad esempio, di una colonna sonora codificata in Dolby Digital 5.1: questa configurazione è (o almeno dovrebbe essere!) la stessa che viene usata negli studi di post produzione e mastering in cui viene realizzato il DVD che chiunque potrà godersi in casa propria e ciò dovrebbe bastare a farne comprendere l’importanza per la corretta utilizzazione dell’impianto di diffusione in ogni installazione. Questa figura, insieme alla Tabella 1, è il punto di partenza per una configurazione secondo lo standard: dimensione e forma del locale, angoli d’ascolto, posizionamento dei diffusori, distanze dai diffusori ed altri parametri fisici sono qui riportati nei valori o nelle maschere di tolleranza dei valori corretti o raccomandati a seguito di argomentazioni di cui cercheremo di dare senso e spiegazioni.

Tabella 1 - Raccomandazioni per l’ambiente d’ascolto di riferimento.

Tabella 1 - Raccomandazioni per l’ambiente d’ascolto di riferimento.

È stata qui aggiunta anche la seconda disposizione prevista dalla raccomandazione ITU, che considera la possibilità di utilizzo, in ambienti di dimensioni adeguate, di un numero doppio di diffusori di surround (Figura 2). Le norme e le raccomandazioni di cui parliamo mettono in luce la grande importanza dell’ambiente di ascolto e delle sue caratteristiche fisiche ai fini del risultato finale e qui si cercherà di rafforzare questo concetto, se possibile in modo ancora più convincente, sicuri dell’oggettiva evidenza dei benefici ottenibili, tenendo in debito conto la variabile acustica ambientale. Vediamo allora come le dimensioni e la forma dell’ambiente influenzano la corretta riproduzione sonora al suo interno.

Figura 2 - ITU-R BS775.1, la disposizione dei diffusori acustici del sistema multicanale 3/2 con possibilità di riproduzione video associata all’audio e doppia coppia di diffusori di surround.

Figura 2 – ITU-R BS775.1, la disposizione dei diffusori acustici del sistema multicanale 3/2 con possibilità di riproduzione video associata all’audio e doppia coppia di diffusori di surround.

L’ambiente d’ascolto

Qualche tabella e poche pagine della rivista non possono avere la pretesa di condensare tutto quanto necessiterebbe per definire e sviluppare i concetti, le teorie e le problematiche della riproduzione sonora negli ambienti chiusi, ma possono comunque fornire una parametrizzazione di base, da seguire come fosse una prefazione del manuale di installazione dell’impianto, o lo spunto per l’approfondimento delle tematiche di acustica ambientale. Come deve essere fatto l’ambiente ideale? Una forma è migliore di altre? Quanto deve essere grande? Quali sono i migliori materiali da utilizzare? Quali le grandezze acustiche oggettivamente misurabili e di interesse per la riproduzione domestica?

In tabella viene riportato un valore relativo alla dimensione in pianta del locale: 40 metri quadri, o anche 30, non sono pochi e immagino che percentualmente non molti appassionati potranno soddisfare questa prima condizione, la cui richiesta scaturisce dalla necessità di rendere la riproduzione meno dipendente da quelle che vengono chiamate risonanze modali o modi normali dell’ambiente. L’incorniciato “I modi normali di risonanza” spiega cosa sono i modi normali dell’ambiente e perché possono essere considerati uno dei problemi maggiori della riproduzione in locali di piccole dimensioni. Ribaltando e semplificando molto il discorso, potremmo dire che aumentando le dimensioni del locale e tenendo conto del secondo parametro indicato in tabella, la proporzionalità altezza/larghezza/lunghezza, è possibile minimizzare questa problematica sino al corretto controllo degli effetti di rimbombo, incupimento e mascheramento sonoro normalmente riscontrabili negli ambienti piccoli, non ben proporzionati e non opportunamente trattati per il controllo della parte più bassa dello spettro audio.

Probabilmente l’effetto di impastamento sonoro in bassa frequenza è l’esperienza più comune alla maggior parte di quanti si siano trovati ad installare ed ascoltare un impianto in un normale ambiente domestico, e questo, si badi bene, a prescindere dalla qualità dell’impianto in questione! Non sempre è un effetto così esplicito e, per assurdo, è molto facile rendersene conto quando non c’è più, per esempio una volta trattato opportunamente l’ambiente, e si capisce che una specie di velo opaco deteriorava l’intelligibilità di gran parte dello spettro audio (in buona vena letteraria e con grande forza espressiva, qualche anno fa un famoso recensore di International Audio Review, in un articolo sugli eccezionali cilindri Tube Traps della ASC, definì questo effetto melma sonora!). Le risonanze modali e alcuni effetti ad esse collegabili incrementano il tempo di riverberazione dell’ambiente, e causano slittamenti in frequenza che alterano il messaggio riprodotto e provocano mascheramenti per le gamme di frequenze più elevate in misura crescente man mano che si rimpicciolisce l’ambiente o ci si trova su proporzioni dimensionali non favorevoli.

Come già accennato sopra, un opportuno dimensionamento dell’ambiente regolarizza la risposta alla sollecitazione sonora prodotta in esso e in tabella troviamo una semplice relazione (che permette di progettare un ambiente proporzionato o verificare se quello esistente risponde a questo requisito: in essa sono indicate le variabilità che i rapporti tra le tre dimensioni altezza h (height), larghezza w (width) e lunghezza l (length) debbono avere per fare in modo che la distribuzione statistica delle risonanze modali, dipendenti proprio da queste grandezze, sia uniforme e risponda a certe caratteristiche nell’ordinamento delle risonanze stesse.

Nell’incorniciato dedicato a questo aspetto, ad ulteriore semplificazione abbiamo inserito una raccolta di rapporti favorevoli rintracciabili nella letteratura specifica degli ultimi quaranta-cinquanta anni. Un cenno anche all’unica forma dell’ambiente che le raccomandazioni considerano, quella rettangolare: la stragrande maggioranza dei casi comuni di installazioni domestiche ricade in questa condizione e occorre aggiungere che, salvo i casi di forme studiate a proposito per evitare il parallelismo tra pareti e distribuire in modo ottimale le riflessioni, negli altri casi generalmente si assiste a poco auspicabili e difficilmente controllabili asimmetrie del campo sonoro sull’asse, che portano a concludere che la rettangolare sia la forma preferibile (anche con le ammissibili deformazioni simmetriche che si diceva) (vedi Disegno 1).

Disegno 1 - Alcune variazioni raccomandabili della forma rettangolare che consentono di ottimizzare il campo sonoro riflesso sul punto d’ascolto.

Disegno 1 – Alcune variazioni raccomandabili della forma rettangolare che consentono di ottimizzare il campo sonoro riflesso sul punto d’ascolto.

Tornando alla Tabella 1, una volta definito l’aspetto dimensionale del locale d’ascolto si può passare alla configurazione del sistema di diffusione sonora ed alle piuttosto restrittive condizioni che le raccomandazioni impongono: anche in questo caso, faccia un passo avanti chi rispetta o pensa di poter rispettare in futuro la disposizione raccomandata! Il rispetto della configurazione a triangolo equilatero della coppia frontale L/R con l’ascoltatore, del tutto equivalente allo standard per la stereofonia, era già molto spesso disatteso con soli due diffusori, e vacillo al solo pensiero della collocazione nella maggior parte dei casi comuni di così tanti speaker previsti negli attuali standard multicanale (5, 7, 8 ….) dovendo sottostare a quanto raccomandato.

L’angolo della coppia main frontale rimane quindi di 60°, con il centrale C ovviamente al centro dei due ma, preferibilmente, alla stessa distanza di L ed R dal punto di ascolto, distanza che deve essere rispettata anche per i diffusori di surround latero/posteriori, il cui angolo con l’asse può variare tra i 100° e i 120° (nominalmente a 110°): in pratica i diffusori sono tutti disposti su una circonferenza con al centro il punto d’ascolto, o sweet spot, e in campo libero ad almeno 1 metro di distanza dalla parete più prossima. Nel caso di ambienti di grandi dimensioni potrebbe essere utile impiegare una ulteriore coppia di diffusori di surround laterali per cui, come indicato in Figura 2, l’arco delle possibili collocazioni varia tra i 60° e i 150° sempre rispetto all’asse longitudinale. L’altezza dei diffusori (o più correttamente quello che diciamo il centro acustico dei diffusori, canonicamente rintracciabile in un punto tra il trasduttore per la gamma alta e quello per la gamma bassa) va posta, per tutti, a 120 cm da terra.

Disegno 2 - Una disposizione meno canonica dei diffusori acustici può garantire, entro certi limiti e nel rispetto di taluni accorgimenti, una riproduzione di alto livello: - l’angolo verticale tra gli assi dei canali L/R e del canale C è contenuto entro 7°; - l’altezza H è la stessa per tutti i diffusori di surround; - tutti i diffusori hanno l’asse di emissione diretto verso il punto di ascolto.

Disegno 2 – Una disposizione meno canonica dei diffusori acustici può garantire, entro certi limiti e nel rispetto di taluni accorgimenti, una riproduzione di alto livello:
– l’angolo verticale tra gli assi dei canali L/R e del canale C è contenuto entro 7°;
– l’altezza H è la stessa per tutti i diffusori di surround;
– tutti i diffusori hanno l’asse di emissione diretto verso il punto di ascolto.

La configurazione suddetta non appare praticissima e sembrerebbe escludere ogni altra soluzione più comoda e di usuale utilizzo domestico, come l’incasso dei frontali in pareti attrezzate e la sospensione a parete degli altoparlanti di surround, ed in effetti è stata molto criticata da più parti (anche nelle installazioni di alto livello, fermo restando il rispetto delle aperture angolari raccomandate e della simmetria destro/sinistro, la configurazione free standing viene spesso disattesa, con risultati comunque ottimizzabili su valori di eccellenza). Anche il discorso sull’altezza fissa è spesso difficile o addirittura impraticabile (ovviamente il lettore di Digital Video pensa subito al suo impianto con monitor o schermo di proiezione che, tranne nel caso di schermo microforato e altoparlanti posizionati dietro di esso come al cinema, rende praticamente impossibile la collocazione corretta del centrale!): solitamente, come per altro consigliato in molti attendibili studi e più che sperimentato in pratica, si può ricorrere ad installazioni un poco più libere, con altoparlanti anche non allineati ma entro alcuni limiti:

  • il centrale, che i costruttori da sempre intelligentemente realizzano con sviluppo orizzontale e minimo ingombro in altezza, è solitamente posto sotto lo schermo ad una quota inferiore a quella dei main L ed R, posizionati ai lati, ma occorre fare attenzione a che l’angolo di elevazione dei centri acustici di questi ultimi sull’asse del centrale stesso non superi i 7°, angolo che corrisponde alla risoluzione verticale dell’orecchio umano (man mano che si supera questo angolo si riesce a percepire sempre meglio la differenza di altezza di emissione degli altoparlanti in oggetto, creando una alterazione nella ricostruzione della scena sonora);
  • un’altezza superiore a 120 cm e fino a 200 cm è accettabile per gli altoparlanti frontali, per i quali è comunque sempre preferibile ricercare l’allineamento;
  • nel caso di posizionamenti ad altezze superiori a quella usuale del punto d’ascolto, stimabile tra i 100 e i 120 cm, occorre prevedere l’inclinazione dei diffusori verso il punto d’ascolto stesso per garantire l’emissione in asse;
  • per i diffusori di surround è praticabile l’incasso o lo staffaggio a parete; anche per questi diffusori, nel caso di installazioni ad altezze superiori al punto d’ascolto, va prevista l’inclinazione e l’orientamento verso lo sweet spot (vedi Disegno 2).

L’ultima raccomandazione riguarda il richiesto distanziamento di almeno un metro dei diffusori dalle pareti, che serve ad un maggiore controllo della gamma bassa, per effetto del minor caricamento effettuato dalle pareti riflettenti, ed alla riduzione del cosiddetto filtraggio a pettine (comb filtering 2), ovvero alle cancellazioni prodotte dalle riflessioni fuori fase sulle pareti dietro i diffusori.

Questa collocazione non appare praticamente realizzabile in tutte quelle installazioni in cui l’ambiente non sia di esclusivo uso per l’home theater ma vada condiviso con le esigenze domestiche dei locali di soggiorno, salotto, etc., e non risolve del tutto le problematiche delle cancellazioni delle riflessioni ritardate, tranne che per diffusori piccoli con limitata risposta in frequenza verso il basso (<90 Hz): come già visto, è possibile considerare collocazioni alternative che garantiscano comunque un risultato del tutto apprezzabile, dato che i costruttori realizzano diffusori che consentono l’installazione a parete e che la stessa, minimizzando per sua natura le riflessioni posteriori, consente di controllare al meglio l’effetto di comb filtering.

Stefano Valletta

da Digital Video n. 71 settembre 2005

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Author: redazione

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