Editoriali

Come fa a manifestarsi l'effetto stereo

Di Silvio Torelli

 


 

 

 Di cosa si tratta

Articolo didattico


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Scritto da

Silvio Torelli  sitore@alice.it

 

 

Come fa a manifestarsi l’effetto stereo

 

Breve illustrazione di come alcuni fenomeni acustici, che si verificano quando un suono si propaga in un ambiente chiuso, ne condizionano la sua percezione soggettiva. [*]

 

L’ascolto della musica in un ambiente chiuso risulta essere prevalentemente influenzato, in maniera qualitativamente determinante, dalla quantità relativa di suono diretto e di suono riflesso che giunge al punto di ascolto.

Mentre il suono diretto non è influenzato dalle caratteristiche fisiche del locale d’ascolto, quello riflesso risulta invece essere integralmente creato dalla sua architettura e dalle proprietà assorbenti delle superfici che lo costituiscono.

La sonorità risultante nel punto d’ascolto, pertanto, sarà influenzata,oltre che dal suono direttamente proveniente dalla sorgente, da quello rinviato dalle pareti, dal pavimento e soffitto e dalle superfici degli arredi.

Di seguito illustriamo quali sono i presupposti affinché “l’effetto stereo” si manifesti.

 

 

 

Effetto Haas

 

La riproduzione stereofonica riesce a creare virtualmente, con molteplici e critiche limitazioni, una sorta di ricostruzione spaziale (essenzialmente sul solo piano orizzontale) delle varie e distinte posizioni che hanno le sorgenti sonore quando hanno emesso il messaggio musicale registrato. Il conseguimento pratico di tale effetto, dovuto all’influenza che hanno sui meccanismi della percezione i tempi d’arrivo differenti dei suoni all’ascoltatore, prende nome dallo studioso Tedesco Helmut Haas, che nel 1951 pubblicò i risultati delle sue prime esperienze in merito [1], fondate sull’analisi della condizione che si verifica nella situazione di campo sonoro la più semplice possibile: una singola eco ed il suo effetto sull’intelligibilità della parola. Per quanto maggiormente ci può interessare, i risultati delle ricerche effettuate dall’Haas ci permettono di comprendere sia in quali condizioni una riflessione viene percepita e/o mascherata dal suono diretto sia in quali situazioni l’eco risulta essere più o meno fastidiosa. Il grafico riportato in Fig. 1 sintetizza il manifestarsi dell’effetto. Le esperienze furono condotte regolando il livello di emissione della sorgente in maniera che nel punto di ascolto le pressioni sonore, tanto della componente diretta quanto di quella riflessa, per ogni valore introdotto al ritardo di quest’ultima, si eguagliassero. Ebbene, si appurò che nell’intervallo dei ritardi indicati sul diagramma, affinché il suono riverberato     

Fig. 1 – Rappresentazione tipica della curva di Haas per la determinazione della “zona di fusione”.

 

venisse distintamente percepito come una riflessione sonora occorreva che questa avesse un livello di pressione sonora più elevato di circa 10 dB rispetto a quello del suono diretto. Ciò si traduce in una sorta di potere di accumulazione che l’udito manifesta nella per4cezione del primo suono che gli perviene, in una maniera talmente persistente che l’eco deve possedere un livello di pressione sonora circa quattro volte più alto affinché sopravanzi da tale potere di accumulo. Tale effetto si manifesta più velocemente nei primi 5 millisecondi di ritardo e persiste sino ai 30 msec, dopo di che, gradualmente, scompare e gli echi vengono percepiti.

L’intervallo dei ritardi di percezione compreso fra i 5 e i 30 msec del diagramma così congegnato viene chiamato zona di fusione temporale della percezione sonora.

 

Effetto di precedenza - Legge dei suoni di prima riflessione

 

In merito a taluni effetti che i ritardi temporali hanno sulla percezione sonora soggettiva, il Wallach [2] ha coniato il termina di effetto di precedenza sulla direzione apparente di provenienza del suono. Tale definizione è scaturita in seguito alla sua osservazione del fatto che i suoni (riflessi) , immediatamente successivi al primo suono percepito (diretto), provenienti da differenti direzioni, danno l’impressione di venire dalla stessa direzione del primo. Lo studio sul manifestarsi di questo fenomeno portò il Cremer a formulare la cosiddetta legge della prima riflessione (o legge del primo fronte di onde sonore rilesse) [3] che illustra come l’udito sia capace di localizzare la provenienza del suono in un campo acustico di riverberazione.

L’energia sonora rinviata dalle superfici dell’ambiente d’ascolto entro i primi 30 msec successivi all’istante d’arrivo del suono diretto, essendo integrati energicamente a questo, danno la sensazione di un suono più forte e più pieno. C’è da osservare e da tener presente, in merito alla sensazione direzionale della percezione, che a quanto ora esposto susseguono i dati di fatto che qui di seguito esponiamo:

-          i suono riverberati generalmente hanno un livello energetico inferiore a quello rilevabile nei suoni diretti a cui corrispondono, sia perché per giungere al punto di ascolto percorrono spazi maggiori sia per conseguenza alle perdite di energia che si verificano sulle superfici che li riflettono;

-          la diversità temporale di arrivo, che induce differenze di fase nei due sistemi di onde che giungono agli orecchi, determina la percezione della provenienza del suono;

per quanto concerne la sensazione di direzionalità dei suoni al variare della loro frequenza, nella sperimentazione scientifica si è dimostrato che entrambi i due fattori differenza di intensità e differenza di fase – sia del suono diretto che di quelli riflessi – entrano in gioco e, quindi, a seconda dell’entità dell’uno o dell’altro di essi, gli orecchi seguono per i toni bassi il secondo e per quelli acuti il primo

 

Fig. 2 – Curva di Seraphim adattata a quella di Haas rappresentante l’estendersi della

zona di fusione in presenza di suoni riflessi opportunamente spaziati nel tempo.

 

 

 

Incremento della zona di fusione

 

Quasi tutti i primi lavori sperimentali furono effettuati basandosi su una sola eco. Ma – c’è da chiedersi – cosa succede se invece di una singola se ne considera una successione più o meno nutrita? Fortunatamente (per quanto può riguardare una trattaione semplificata, seppur sostanzialmente corretta) molto poco; nel senso che l’introduzione in ambiente di un’altra riflessione non ne stravolge necessariamente la situazione. Invece, tale fatto generalmente tende ad incrementare la zona di fusione. Nel grafico di Fig. 2, basato sulle ricerche del Seraphim [4] e adattato alla curva di Haas del diagramma rappresentato sulla Fig. 1, è illustrata la situazione che generalmente prevale quando tutte le riflessioni, temporalmente separate, provengono dalla stessa direzione. Soffermandoci ad esaminare quanto vi è sintetizzato dalla famiglia di curve, osserviamo che la riflessione R1 ha l’andamento classico della curva di Haas, mentre considerando la susseguente riflessione R2 abbiamo come effetto l’estendersi della zona di fusione, così come rappresentato dalla curva 2. L’effetto risultante delle successive altre due riflessioni, opportunamente spaziate nel tempo, è rappresentato dall’andamento delle curve 3 e 4 che indicano un ulteriore progressivo estendersi della zona di fusione stessa.

Va comunque ricordato che tali risultati furono conseguiti mediante l’utilizzo della parola, quale segnale acustico complesso, e che tutte le riflessioni considerate erano provenienti dal davanti della posizione d’ascolto; è stato infatti rilevato che nel caso in cui le riflessioni arrivano da direzioni differenti le curve di soglia tendono ad assumere nuovamente il profilo iniziale, comportando, quindi, un effetto simile a quello che si manifesta nel caso di una riflessione singola.

 

 

 

 

Effetto Haas comunemente inteso (il manifestarsi dell’immagine stereofonica)

 

A seguito di quanto sin qui accennato, per snellezza di trattazione, le varie situazioni che determinano la valutazione della direzionalità di apparente provenienza del suono quando si hanno due sorgenti sonore che irradiano contemporaneamente nello stesso ambiente, come nel caso dell’ascolto con i due canali steeo, le abbiamo illustrate mediante i disegni e i commenti riportati sulla Fig. 3. Nelle più comuni situazioni domestiche di ascolto lì schematizzate, rileviamo che se le due sorgenti, equidistanti dal punto di ascolto, irradiano con lo stesso livello di pressione sonora, la direzione virtuale di provenienza del suono (l’immagine stereo) appare essere quella posta a metà fra la distanza che separa le due sorgenti reali ed ascoltando non si riesce, quindi, a distinguere quale delle due stia suonando.

 

 Fig. 3 - Effetto Haas nelle più comuni situazioni domestiche di ascolto stereofonico

 

Qualora tale effetto non risulta verificato, le cause sono le seguenti:

-          caso b) = le sorgenti irradiano con intensità sonora diseguale;

-          caso c) = le sorgenti sono collocate ad una distanza diversa dal punto di ascolto (i suoni contemporaneamente emessi raggiungono il punto di ascolto con tempi differenti).

Nelle esemplificazioni b) e c) della Fig. 3, pertanto, sembra  che la direzione del suono sia quella o della cassa acustica più vicina o della cassa che suona più forte (effetto Haas comunemente inteso); ciò, in ispecial modo, risulta facilmente verificabile se i valori di ritardo e/o di differenza di livello d’emissione fra le due casse rientrano nei campi delimitati dal diagramma-nomogramma riportato in fig. 4 [5].

In tale diagramma, costruito essenzialmente adattando la curva classica di Haas a quanto accade in locali di dimensioni domestiche, osserviamo che se la differenza di livello di emissione fra i due altoparlanti e la reciproca distanza dal punto di ascolto corrispondono ad un punto che viene a trovarsi nella parte compresa al disotto della curva, la sorgente più vicina appare come l’unica sorgente del suono; per valori identificati dai punti della curva, il suono sembra provenire da una sorgente (virtuale) posta fra le due in funzione; mentre, per coordinate che cadono al difuori della curva stessa, il suono sembra provenire unicamente dalla sorgente più ritardata (ovvero la più lontana).

Inoltre, particolarmente caratteristiche sono le sensazioni che si manifestano nelle situazioni d’ascolto effettuate nei casi in cui le condizioni rientrano negli spazi  A e B del diagramma:

-          per i suoni che raggiungono il punto di ascolto entro i 3 msec (differenza di distanza fra le casse e il punto di ascolto dell’ordine di 1 metro), il suono della cassa acustica più vicina appare essere l’unica sorgente sonora in funzione;

-          per i suoni che raggiungono il punto di ascolto con un ritardo superiore ai 50 msec (differenza di distanza superiore ai 16 – 17 metri) il suono ritardato - se non arriva con un livello di pressione sonora di ameno 10 dB più basso del suono che giunge per primo al punto di ascolto - genera una eco fastidiosa, così come spesso si verifica negli ambienti domestici, tra l’altro, a causa della presenza di estese e numerose superfici riflettenti.

 

 

Fig. 4 – Situazioni domestiche sul manifestarsi dell’effetto stereofonico

 

 

Bibliografia e note

 

* Dello scrivente – “SUONO Stereo Hi-Fi ” ottobre 1991 n. 221; pagg. 38-42.

[1] H. Haas – L’influenza di una singola eco sull’intelligibilità della parola – “ACUSTICA”  Vol. 1,  n. 2, in Tedesco (una traduzione in Inglese apparve SUL Journal of the AES – Audio Egineering Society – Vol. 20, n. 2; pag. 146-159 del marzo 1972).

[2] H. Wallach, E. B. Newman; M. R. Rosenzweig – The Precedence Effect in Sound Location – Journal of the AES, Vol. 21, n. 10; pag. 817-826, December 1973.

[3] Per suoni di prima riflessione si intendono quelli che prima di raggiungere il punto di ascolto subiscono una sola riflessione (analogamente, di seconda riflessione quelli che ne subiscono due, ecc.).

[4] H. P. Seraphim – Ube Die Wahrnehmbarkeit Mehrer Ruckwurfe von Sprachschall – “ACUSTICA”, Vol. 11, del 1961; pag. 80-91.

[5] A. Bandini Buti – Impianti elettroacustici, Ed. Delfino, 1981 – pag. 50-51.

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