Il subwoofer nell’Home Theater

Posted By on 20 Agosto 2014

Teoria e pratica d’uso del signore delle basse frequenze

Relegato nell’ambito del canale in più dei sistemi a 5, 6, 7 canali per le applicazioni audio-video dell’home theater, il subwoofer, o meglio il dispositivo (o i dispositivi) dedicato alla riproduzione dei contenuti in frequenze molto basse, è spesso un componente trascurato e poco compreso rispetto al compito che può e deve effettivamente svolgere, con gran guadagno in termini di risposta globale dell’intero sistema e maggiore flessibilità di interfacciamento acustico con l’ambiente d’ascolto.

Abbiamo d’altro canto già visto1 che la riproduzione della parte estrema inferiore dello spettro audio riveste una parte fondamentale della riproduzione negli ambienti chiusi di piccole dimensioni: quello che cercheremo di analizzare in queste pagine e nei prossimi appuntamenti, anche con l’aiuto di esperienze pratiche in ambiente, rientra in quello che gli anglosassoni definiscono bass management, ovvero le caratteristiche e le possibilità di utilizzo e posizionamento del componente subwoofer ai fini della corretta restituzione del canale +1 (o LFE, il solito acronimo sibillino che potreste trovare tradotto con Low Frequency Effects oppure con Low Frequency Enhancement o, meno propriamente, con Low Frequency Extension), ma anche, e soprattutto, il possibile e intelligente utilizzo dello stesso diffusore, peraltro sempre previsto nei sistemi per l’home theater multicanale di qualsiasi livello di costo o complessità, a supporto dei canali principali dei sistemi stessi.

A cosa serve il subwoofer?

La domanda potrebbe sembrare scontata ma, a scanso di equivoci e tralasciando gli aspetti elettroacustici che caratterizzano l’emissione degli altoparlanti a bassa frequenza (2), cominciamo semplicemente a descrivere alcuni dei possibili utilizzi di questo componente che, come dice il nome, identifica un trasduttore specializzato per le frequenze ultrabasse:

impiego per il solo canale LFE: in questo caso il subwoofer viene utilizzato per sonorizzare il canale +1 degli effetti di bassa frequenza previsto nelle codifiche multicanale: gli effetti in questione, non necessariamente sempre presenti in tutte le colonne sonore, sono limitati da standard ad una banda che dall’estremo inferiore udibile arriva fino a 120 Hz;
impiego per il canale LFE e di supporto per il sistema frontale: in questo caso il sub, oltre a riprodurre i contenuti del canale +1, viene impiegato per riprodurre, previa filtratura e in aggiunta al lavoro già fatto dai woofers degli altoparlanti principali, anche una parte dei contenuti di bassa frequenza destinati ai canali frontali;
impiego per il canale LFE e per la gamma bassa del sistema frontale: in questo caso, a differenza di quanto sopra descritto, il sub viene chiamato a riprodurre da solo la gamma di frequenze più basse destinata ai canali frontali;
impiego per il canale LFE e per la gamma bassa di tutto il sistema: in questo caso, in aggiunta a quanto previsto sopra, il sub si incarica di riprodurre la gamma più bassa di tutti e cinque (o più) canali dell’intero sistema;
subwoofers multipli: in questo caso possiamo far rientrare tutte le situazioni quali quelle sopra descritte e anche le altre in cui possono venire impiegati più subwoofers per ottimizzare l’emissione in ambiente sia del canale LFE che della gamma bassa degli altri canali.

La configurazione più semplice prevede il collegamento di un subwoofer (o più in link parallelo) all’uscita dedicata dell’ampli/decoder che si occupa, volendo, di filtrare le basse frequenze del sistema main e di sommarle ai contenuti del canale LFE.

La configurazione in questo caso prevede il collegamento di un subwoofer all’uscita di linea di un preampli/decoder: è il sub ora a filtrare attivamente i contenuti da inviare ai canali main.

La configurazione in questo ultimo caso prevede il collegamento di un subwoofer all’uscita di potenza di un ampli/decoder: il sub filtra passivamente i contenuti da inviare ai canali main.

Ad ulteriore precisazione, occorre considerare che in tutte le situazioni sopra descritte esiste la possibilità che i segnali in gioco siano filtrati in modo passivo, quasi sempre da crossover contenuti nel subwoofer stesso, o in modo attivo, utilizzando filtri contenuti nel subwoofer oppure opzioni di pilotaggio dell’amplificatore/decoder o anche crossover elettronici esterni (le filtrature presuppongono poi la scelta di frequenze di taglio o d’incrocio, pendenze, equalizzazione di livelli, sfasamenti…).
Con l’ausilio dei chiarissimi schemi estrapolati dai manuali d’uso dei subwoofer B&W ASW serie 600 e 800 (che meritano una menzione sia per le ottime performance verificate nei test pubblicati su Digital Video che per avermi evitato la fatica di disegnare tutti gli schemi presentati!) è possibile e più agevole visualizzare i collegamenti che permettono alcune delle possibili configurazioni d’uso del subwoofer sopra descritte.
A questo punto anche il lettore meno attento dovrebbe aver realizzato che l’argomento del bass management non è poi così banale come troppo spesso viene raccontato e affrontato!

Le colonne sonore e le basse frequenze

Facciamo intanto un piccolo passo indietro per capire, se possibile, come un componente il cui uso è stato sempre molto controverso in ambito hi-fi si sia ritrovato ad essere uno standard assolutamente indiscusso nelle applicazioni audio-video multicanali.

Il molto particolare mondo dell’alta fedeltà non ha mai visto di buon occhio cosa occorreva mettere in opera (crossover passivi o attivi sul percorso del segnale) per inserire un subwoofer in un impianto per la riproduzione della musica e, soprattutto, i costruttori non si erano mai dati da fare sul serio per la realizzazione di componenti no compromise in grado di garantire che l’inserimento suddetto fosse scevro di ogni possibile dubbio.

Intanto, parallelamente, le richieste di particolari performances sonore a bassa frequenza che, più o meno a partire dagli anni Ottanta, in ambito cinematografico erano state da sempre risolte con l’impiego dei subwoofers diventano una delle necessità per supportare le installazioni degli impianti a servizio dell’home theater: questo nascente settore, molto meno diffidente e forse molto meno sofisticato dell’illustre parente suddetto, adotta tranquillamente e da subito questo borbottante, cupo e un poco ingombrante elemento da inserire anche nascosto, tanto, dicono un po’ tutti, può stare dovunque!

Ed in effetti la totalità dei sistemi completi di diffusori venduti oggi prevede cinque (sei, sette…) solitamente piccoli diffusori per i canali frontali e di surround ed un cubotto, talvolta molto meno elegante e curato degli altri ma di cui, in particolare per gli impianti con piccoli diffusori, non si potrebbe realmente fare a meno.

Ecco che una delle caratteristiche psicoacustiche forse meno importanti dell’orecchio umano, la diminuzione della risoluzione nel riconoscimento della direzione di provenienza di una sorgente sonora man mano che la sua frequenza scende, diventa un’occasione per semplificare un impianto e migliorarne le prestazioni, ridurre le dimensioni dei diffusori principali e fare, una volta tanto, la felicità di tante mogli e mamme sempre alle prese con le manie tecnologiche di mariti e figli e dei loro nuovi e divertenti giocattoli.

Se a questo aspetto percettivo aggiungiamo che nel caso di un altoparlante dinamico tradizionale, con emissione a pistone, si verifica strumentalmente il passaggio ad una radiazione omnidirezionale man mano che si scende verso le frequenze più basse, si comprende come una sorgente che lavori fino ad un massimo di 120 Hz possa effettivamente svolgere il compito proposto.

Mentre per la musica, tranne forse per certa musica classica sinfonica ed organistica, difficilmente si ha necessità di scendere sotto i 60-70 Hz, per gli effetti speciali cinematografici si fa spesso ricorso a segnali anche più bassi di 30-40 Hz, in grado di riprodurre l’impatto fisico di eventi particolari come esplosioni, eruzioni vulcaniche, ecc., e di aumentare la drammaticità delle immagini ad essi associate: occorreva quindi inventarsi qualcosa.

Il canale LFE

Del significato del termine abbiamo già detto, del cosa rappresenti abbiamo anche dato un cenno, manca da dire qualcosa in termini di necessità di aggiungere un canale con banda limitata 20-120 Hz ai 5 o più canali che lo standard già prevede a banda intera 20-20.000 Hz.

In effetti, mentre nei primi sistemi multicanale per il cinema di fine anni ’70 (vi dicono qualcosa Star Wars, George Lucas e THX?) il canale LFE veniva previsto proprio per superare i problemi di impianti i cui canali principali non erano in grado di riprodurre le frequenze più basse, con lo sviluppo delle tecnologie e la diffusione di sistemi di traduzione idonei a supportarle accade abbastanza spesso che su questo canale gli ingegneri del suono non inseriscano niente!

Qualora necessiti, l’LFE comunque rimane una opportunità artistica di cui la produzione può tener conto, soprattutto in considerazione del fatto che lo standard prevede per esso in sede di mixing un margine di saturazione maggiore, un extra headroom di 10 dB che consente un adeguato plus dinamico per la restituzione di contenuti con grande energia a bassa frequenza (esplosioni, aerei, astronavi e, in generale, maggiore profondità e realismo alle scene sonore di particolare effetto) evitando saturazioni, distorsioni e conseguenti danni all’impianto.

Due (o più) subwoofer sono meglio di uno?

Per comprendere cosa porta a considerare auspicabile l’uso di due o magari quattro subwoofers invece di uno occorre tornare un momento alla natura del campo sonoro che si instaura in un ambiente chiuso alle frequenze più basse, nella zona che si è soliti definire di pressione.

Nella banda di frequenze che in un ambiente di usuali dimensioni domestiche arrivano fino ai 300-400 Hz, il campo sonoro assume una caratterizzazione fortemente dipendente dalle risonanze modali proprie dell’ambiente stesso e dal campo di pressione risultante dalla loro combinazione ed interferenza; in questa zona la popolazione di modi è molto scarsa e questo, in dipendenza del posizionamento delle sorgenti sonore (e anche dell’ascoltatore), causa notevoli variazioni ed anomalie nella risposta in frequenza con picchi e buchi anche di 20-30 dB rispetto la media a frequenze più elevate.

La possibilità di eccitare in un modo statisticamente più uniforme le risonanze ambientali disponendo più sorgenti in modo opportuno, può ridurre l’effetto di forte correlazione tra modi e posizione e condurre, come riportato da molti autorevoli studi, ad una equalizzazione naturale della risposta in frequenza. Alcuni autori hanno condotto esperimenti con veramente tanti subwoofers3 giungendo, comunque, tutti a conclusioni sufficientemente concordi e ragionevoli che, come sopra accennato, stabiliscono in almeno due, o meglio quattro il numero giusto di subwoofers raccomandabile per un risultato ottimale.

Considerato il costo necessario all’acquisto di un subwoofer di ottime prestazioni e l’impatto dell’inserimento di ulteriori diffusori in ambiente, l’opportunità di utilizzo di subwoofers multipli, seppure auspicabile e raccomandabile, appare destinata ad impianti di un certo livello prestazionale installati in ambienti dedicati e senza grandi vincoli di arredo (in verità, in merito all’aspetto economico puro e semplice ci sarebbe comunque da valutare il fatto che l’installazione di più subwoofers potrebbe comportare la possibilità di un risparmio, anche notevole, nell’acquisto dei diffusori per gli altri canali…).

Collocazione in ambiente del subwoofer

Uno dei motivi che spingono a raccomandare l’uso di altoparlanti specializzati per le frequenze più basse4 è che la collocazione ottimale di un sistema di diffusione sonora non è univocamente definibile se si considerano le basse o le alte frequenze.

Il caricamento acustico di un volume chiuso è ben diverso quando parliamo di sorgenti che emettono a frequenze le cui lunghezze d’onda sono maggiori delle dimensioni dell’ambiente stesso: l’ambiente diventa piccolo rispetto alla sorgente e l’accoppiamento con la distribuzione modale è energeticamente molto potente.

L’utilizzo di un trasduttore specifico per le frequenze più basse ne permette una collocazione opportuna (solitamente vicina alle pareti o agli angoli) e svincola dal posizionamento in queste zone dei diffusori da dedicare al resto della banda audio (e che solitamente soffrono la vicinanza dalle pareti che provocano forti riflessioni ed effetti di cancellazione per comb filtering): abbiamo già accennato al fatto che il posizionamento spaziale del subwoofer è poco influente sulle capacità di localizzazione del sistema uditivo che, al contrario, localizza molto bene gli altri diffusori da cui deve ricostruire la scena sonora e che, necessariamente, debbono essere collocati secondo una precisa e stringente geometria nell’ambiente d’ascolto.

Un subwoofer può risolvere in modo efficace ed intelligente queste problematiche, ma come è opportuno posizionarlo?

Prima di passare alle collocazioni raccomandabili è bene sottolineare che la forte dipendenza tra posizione del subwoofer (o del punto d’ascolto) ed eccitazione (o percezione) specifica di modi normali dell’ambiente obbliga a considerare ogni spostamento come una situazione completamente differente da ciascun’altra: l’eccitazione di frequenze diverse a livello diverso5 porta a considerare necessaria la riequalizzazione di livelli di emissione e fasi per ogni spostamento anche di modesta entità.

Vediamo ora pregi ed eventuali difetti di alcune delle soluzioni raccomandate per configurazioni fino a quattro subwoofers:

un subwoofer nella posizione centrale A della parete: questa collocazione è simmetrica ma non abbastanza pratica (può ostacolare il corretto posizionamento del diffusore del canale centrale e dello schermo); può essere considerata per configurazioni di piccola estensione in ambienti piccoli potendo risultare poco attiva nell’eccitazione di alcuni modi più potenti relativi alle dimensioni larghezza/altezza;
un subwoofer nell’angolo B o H: questa collocazione è una delle più comode e praticate (insieme a quelle intermedie con la precedente), va bene in ambienti di buone dimensioni, eccita bene le risonanze modali permettendo un risparmio nella potenza di pilotaggio, ma non è simmetrica e potrebbe restituire una immagine sbilanciata;
un subwoofer al centro I della stanza: la posizione, simmetrica e particolare perché in essa la maggioranza dei modi hanno un minimo di pressione, è consigliabile per piccoli ambienti in configurazioni di ascolto near field (cogliamo l’occasione e sottolineiamo il fatto che, per le stesse considerazioni sulla minima attività modale, il centro della stanza è invece il peggior posto possibile per la collocazione del punto d’ascolto);
due subwoofers negli angoli B ed H: una delle collocazioni più raccomandabili in ambienti di piccole e di buone dimensioni, simmetrica e con piena eccitazione delle risonanze modali;
due subwoofers nelle posizioni laterali mediane C e G: anche questa configurazione è molto raccomandabile, in particolare per la ricostruzione spaziale che la avvicina alle configurazioni a quattro sub;
quattro subwoofers nelle posizioni mediane A, C, E e G: si entra nel campo delle configurazioni ad altissime prestazioni, eccitazione altamente decorrelata delle risonanze e ottima ricostruzione bidimensionale dell’immagine su una vasta area d’ascolto;
quattro subwoofers negli angoli B, D, F ed H: come per la precedente, simmetria, ottima eccitazione delle risonanze modali e tendenza alla regolarizzazione della risposta in frequenza, notevole pilotaggio delle basse frequenze per una delle configurazioni, potendosela permettere, più consigliabili.

Esistono ovviamente molte configurazioni intermedie o diverse da quelle suddette ma, in genere, teniamo presente che si ritiene quasi sempre raccomandabile la ricerca di un posizionamento simmetrico sugli assi dell’ambiente e del sistema di diffusione/posizione d’ascolto, simmetria che sembra corrispondere ad un migliore bilanciamento dell’immagine spaziale ricostruita.
La sperimentazione, in particolare quando l’ambiente non corrisponde a quello canonico rettangolare a cui normalmente ci si riferisce negli esempi, rimane l’unico sistema per l’interfacciamento ottimale.

Alcuni dei possibili posizionamenti in ambiente del subwoofer…

Collegamento, regolazione e allineamento del subwoofer

Abbiamo visto all’inizio che esistono diverse possibilità di collegamento di uno o più subwoofers all’interno di un sistema di diffusione multicanale.
Vediamo ora, anche con il supporto fotografico dei pannelli di collegamento di prodotti commerciali diffusi e già testati da Digital Video, come possiamo sfruttare praticamente ed al meglio le varie configurazioni disponibili.

Occorre iniziare da una considerazione importante: seppure, e sempre meglio a partire da un certo livello qualitativo in su, i costruttori specializzati realizzino componenti molto flessibili, difficilmente sarà possibile reperire un subwoofer in grado di implementare tutte le configurazioni praticabili, per cui sarebbe opportuno farsi prima un’idea di quale tipologia potrebbe fare al proprio caso.

Se si dispone o si è intenzionati all’acquisto di un certo tipo di sistema decoder/ampli, integrato o a componenti separati, occorre verificarne le possibilità operative riguardo il pilotaggio dei diffusori dei canali principali, il pilotaggio del subwoofer e del canale LFE e il reindirizzamento delle basse frequenze dei canali suddetti verso il canale LFE stesso: il subwoofer da scegliere dovrà fare il resto, semplicemente amplificando e riproducendo quello che arriva dall’uscita LFE o addossandosi l’onere aggiuntivo del filtraggio dei contenuti da inviare agli altri canali.

In maniera analoga, se si parte da una certa tipologia di diffusore per i canali principali la scelta del subwoofer potrà essere più o meno complementare, propendendo, se abbiamo ben metabolizzato quanto finora discusso, per una collaborazione che potrebbe portare grossi benefici.

In merito all’interfacciamento ottimale subwoofer/satellite occorre considerare che la situazione ideale da raggiungere dovrebbe prevedere l’impossibilità di poter distinguere la provenienza dell’emissione da parte dell’uno o degli altri diffusori: questo dovrebbe significare riuscire a far emettere le frequenze fondamentali ad alta energia dal solo subwoofer e le armoniche con i contenuti spaziali dai satelliti, mantenendo, al contempo, un incrocio acustico con pendenze simili e fasi relative uguali (6).

Nei grafici di Figura 1 estrapolati dal manuale dei subwoofers professionali Genelec Serie LSE7000, è visualizzato l’effetto del drop alla frequenza di incrocio dovuto ad un disallineamento in fase delle emissioni relative a subwoofer e diffusori degli altri canali.

Figura 1. Gli effetti dello sfasamento tra emissione del subwoofer e satelliti sulla risposta in frequenza globale del sistema.

Purtroppo, anche nel caso di prodotti di costruttori seri e titolati, il controllo di fase è spesso realizzato, piuttosto che con regolazione continua, su due o tre posizioni fisse, che necessariamente non possono coprire tutte le necessità pratiche e permettere una taratura realmente fine (7).

Vediamo come regolare la frequenza di taglio e d’incrocio tra subwoofer e satelliti, in genere selezionabile con continuità fino a 120-140 Hz (la pendenza del filtro passa-basso è in genere del secondo ordine, 12 dB/ottava, ma non sarebbe del tutto inutile la possibilità di poterla aumentare al quarto ordine per una maggiore versatilità nell’accoppiamento con i satelliti stessi).

Il pannello di un Klipsch RW10 Serie Reference, semplice ma abbastanza completo e con il controllo continuo della fase.

La situazione è abbastanza controversa ma i risultati di parecchie investigazioni sperimentali sulla percezione uditiva delle informazioni spaziali indicano la zona dei 60-80 Hz come preferibile: in ogni caso, anche in dipendenza dal tipo di satellite utilizzato, è opportuno mantenere il taglio alla frequenza più bassa possibile.

Molti costruttori raccomandano un taglio compreso nella zona 80-90 Hz, non distante né dissimile da quanto sopra detto, anche in considerazione del fatto che molto può dipendere dalla particolare condizione di installazione e di test, oltre che dal contenuto del materiale sonoro impiegato per il test stesso.

In merito alla regolazione dei livelli, le raccomandazioni di riferimento sono del tutto elusive: in generale le indicazioni reperibili da diverse fonti (lavori di ricerca, costruttori, installatori) propendono per la sostanziale uguaglianza tra i vari canali, il che farebbe presupporre che la regolazione del livello di emissione del subwoofer possa tendere a questo risultato che, per un sistema a 5 canali, equivale ad avere 78 dBA8 sul display del nostro strumento di misura (un fonometro o, meglio, un analizzatore real time).

Che materiale adoperiamo per produrre il nostro livello in ambiente? Un segnale di test o un programma opportuno tratto da una colonna sonora reale? In generale, l’uso di bande di rumore rosa centrate sulla gamma di interesse risolve egregiamente il problema, ma in diversi studi è possibile reperire informazioni di test fatti con normali brani di programma (un passaggio da un film di Indiana Jones piuttosto che un pezzo di Billy Cobham) con i quali si sono avuti risultati paragonabili ed ugualmente attendibili.

Un accenno alle possibilità ulteriori di controllo e processamento dei segnali in ingresso al sistema, particolarmente interessanti aprendo la strada a discorsi relativi al controllo attivo dell’acustica dell’ambiente d’ascolto.

Le tecnologie offerte dal DSP e il bagaglio acquisito in tema di fenomeni percettivi cominciano a far vedere i loro frutti in applicazioni, per ora destinate ai prodotti di fascia alta, che permettono non solo la semplice regolazione dei livelli relativi ai vari canali, ma anche funzioni di equalizzazione parametrica, gestione intelligente di ritardi e sfasature, interventi profondi sull’essenza del segnale in transito estesi ed integrati non solo alle elettroniche di decodifica e controllo ma anche alle elettroniche a bordo dei subwoofers (vedi ad esempio, la serie Digital Drive di Velodyne).

In basso a destra il pannello posteriore di un Velodyne DD10, apparentemente privo di controlli, ma dotato di un ingresso per il microfono di taratura e di uscite video dalle quali, tramite l’elettronica di processamento integrata e un telecomando, è possibile settare e verificare le sofisticate e complete operazioni di bass management di cui questo subwoofer è dotato.

Terminiamo questo argomento con una nota alla grande comodità d’uso ormai offerta dai sistemi più performanti reperibili sul mercato, sia a livello di amplificazione/decoder che di elettronica a bordo del subwoofer stesso, che sempre più spesso forniscono sistemi sufficientemente attendibili di autotaratura dei livelli dell’intero sistema (e in qualche caso, come accennato sopra, anche altro).

Queste interessanti opzioni, con procedure generalmente semplici e veloci, fanno per l’utilizzatore tutto il lavoro sporco: un microfono da posizionare nel punto d’ascolto, una serie di segnali di test autogenerati, la pressione di un tasto e la procedura di calibrazione si avvia, se necessario si ripete, e si conclude dopo qualche minuto. I risultati sono comunque paragonabili a quelli che si otterrebbero con adeguata strumentazione e procedure manuali non difficilissime ma da effettuarsi con metodiche ed attenzioni non necessariamente alla portata di tutti gli appassionati (ovviamente, per ogni spostamento nella configurazione diffusori/ascoltatori le procedure di calibrazione, automatizzate o manuali che siano, vanno ripetute).

Il pannello di un Martin Logan Grotto: il controllo della fase è su tre posizioni (0°, 90° e 180°), ma c’è la possibilità di equalizzare la risposta intorno ai 25 Hz.

Conclusioni

Abbiamo completato una escursione esplorativa, spero interessante, sufficientemente esaustiva ed utile per i nostri lettori, nel mondo del subwoofer e delle sue possibilità di utilizzo.
Nei prossimi appuntamenti, oltre a fornire ulteriori spunti di discussione, cercheremo di presentare anche qualche esempio pratico di installazione e le modalità di ottimizzazione di questo componente abbastanza critico, ma comunque fondamentale per la realizzazione di impianti audio-video multicanali di alte prestazioni.

Vedremo se e come è possibile correggere naturalmente l’effetto ambientale e quanto possa essere invece praticabile un approccio elettronico al problema, con un sistema forse più al passo con i nostri tecnologici tempi.

L’intenzione è sempre quella di stimolare qualche sperimentazione critica che magari faccia svincolare l’appassionato dalla passiva accettazione delle solite regole d’oro.
Insomma, prepariamoci ad un inverno piuttosto movimentato!

di Rocco Stefano Valletta

L’orecchio e le basse frequenze

La percezione di uno stimolo sonoro a bassa frequenza interessa pesantemente l’apparato uditivo.

Molti studi si sono concentrati su effetti ad essa legati, ad esempio il mascheramento, particolarmente importanti per le nostre questioni musicali e causa di tanti problemi di riproduzione sonora negli ambienti chiusi ma, d’altro canto, alla base anche dei moderni ed attualissimi sistemi di codifica percettiva audio (MPEG audio, Dolby AC3, DTS …) impiegati per la riproduzione delle colonne sonore dei nostri DVD.

Ai bassi livelli la sensibilità dell’orecchio alle basse frequenze appare molto ridotta rispetto a quella alle frequenze medie ed alte.

La curva di isosensibilità per la soglia uditiva mostra inequivocabilmente la grande differenza della capacità percettiva per livelli di ridotta pressione sonora alle basse ed alle medie ed alte frequenze.

Per questo e per l’indubbia scarsa rilevanza nell’esperienza comune dei fenomeni che possano interessare l’apparato uditivo, pochi studi sono stati fatti per indagare sulla percezione spaziale alle frequenze dell’estremo inferiore dello spettro udibile, dai quali comunque appare provato che la capacità di riconoscimento della direzione di provenienza di uno stimolo sonoro si riduce al decrescere della frequenza emessa dalla sorgente, fino ad essere del tutto indistinguibile a frequenze che molti studi fissano intorno agli 80 Hz.

Alcuni test con modelli binaurali basati sulle differenze di tempo di arrivo interauricolare (l’ITD, indice dello sfasamento temporale dovuto alla differenza dei percorsi tra le due orecchie e la sorgente) hanno messo in evidenza che qualche informazione spaziale è ancora percepibile anche nella banda 40-80 Hz, ma solo in condizioni particolari (ambiente quasi anecoico), che sicuramente sono molto distanti dalle situazioni di ascolto reali, con ambienti di forma e dimensione diverse e con materiale registrato reale e di particolare contenuto.

Al disotto di queste soglie l’orecchio sembra perdere la capacità di riconoscere le tonalità e acquisire informazioni associandole ai cambiamenti di pressione sonora più che alla loro frequenza o composizione armonica.

In merito alla capacità di individuare le distorsioni a bassa frequenza, le indagini hanno condotto al risultato che la distorsione di seconda armonica è meno evidente di quella di terza o di ordine ancora superiore, con valori numerici di soglia individuati rispettivamente nel 3%, 1% e 0,3-0,1%.

R.S.V.

Vedi, sempre a firma del sottoscritto, “L’ambiente d’ascolto per l’audio/video multicanale” pubblicato sui numeri 71 e 72 di Digital Video.
Una trattazione delle complesse problematiche che descrivono le modalità di radiazione dei trasduttori a bassa frequenza e delle difficoltà di realizzazione di altoparlanti in grado di scendere fino ai limiti inferiori dello spettro audio richiederebbe probabilmente molte più pagine di questo numero di Digital Video, e forse non darebbe neppure una risposta completamente esaustiva! Un testo classico e consigliabilissimo per quanti volessero affrontare l’argomento, su cui è comunque possibile reperire centinaia di manuali, rimane a mio avviso “High performance loudspeakers” di Martin Colloms, Wiley Ed., in lingua inglese ma esemplare per completezza e chiarezza.
T. Welti in “How many subwoofers are enough”, 112th AES Convention, 2002, è arrivato, ovviamente con scopi puramente di ricerca, fino a 18!
Non bisognerebbe dimenticare l’altro importante aspetto che porta a raccomandare caldamente l’uso di un subwoofer e che è legato ai limiti fisici dei diffusori destinati agli altri canali normali nella riproduzione delle basse frequenze, per i quali lo svincolo da questa incombenza porta generalmente ad una maggiore facilità di restituzione del resto della banda bassa e medio bassa.
Uno spostamento anche piccolo della sorgente (o dell’ascoltatore) può eccitare o meno (o far sentire o meno) risonanze modali di differente tipo (assiale, tangenziale o obliquo) e differente ordine (primo, secondo,…), il cui effetto nella risposta globale può essere oltre che centrato su altre frequenze anche a livelli energetici diversi fino a ±6 dB; a ciascun modo è poi associata una fase relativa al punto d’ascolto e la combinazione diversa di queste genera ritardi con cancellazioni o rinforzi nella risposta difficilmente prevedibili anche con le moderne tecniche di simulazione ed analisi computerizzate attualmente disponibili.
A questo potremmo aggiungere che anche le caratteristiche costruttive delle pareti che racchiudono l’ambiente di ascolto domestico e inseriscono delle variabili poco controllabili per le specifiche selettive capacità di assorbire o incrementare diversamente le risonanze modali…
Troviamo un approfondimento sul tema della filtratura subwoofer/satellite andando a rileggerci un interessante articolo di G.P. Matarazzo inserito sullo “Speciale subwoofer” nel numero 51, novembre 2003, di Digital Video.
Ad onor del vero e una volta tanto a conforto dei costruttori su questo aspetto si possono riscontrare in diversi lavori di un certo impegno e anche recenti indicazioni sulla scarsa riconoscibilità del controllo accurato delle fasi (alle basse frequenze) da parte dell’ascoltatore medio e quindi una verifica personale appare consigliabile a tutti gli interessati!
Ricordiamo che se si segue la raccomandazione di avere un livello globale di 85 dBA, il livello relativo di ognuno degli n canali del sistema va calcolato tramite la L listref = 85-logn (in dBA).

Approfondimenti e riferimenti utili

Qualche riferimento l’abbiamo già dato nel corso dell’articolo e, oltre ai vari manuali d’installazione e a parecchia documentazione varia ed anche ben fatta scaricabile dai siti dei costruttori specializzati, consiglio come al solito una ricerca nella documentazione specifica, molto tecnica e rigorosa, delle pubblicazioni dell’Audio Engineering Society (tutto, comunque, solo in lingua inglese!), cominciando per esempio da E. Benjamin, B. Gannon, “Effect of room acoustics on subwoofer performance and level setting”, Preprint 5232, AES 109th Conv., 2000

di Digital Video n. 73 novembre 2005