Editoriale        

                     

IL TEMPO DI RIVERBERAZIONE

Grandezza acustica molto citata, poco conosciuta, molto abusata

Di Silvio Torelli

Riteniamo, intanto, doveroso richiamare il dato di fatto che storicamente l’approccio e lo sviluppo dello studio degli eventi sonori ha sempre presentato delle particolari caratteristiche, tanto dal punto di vista applicativo quanto da quello peculiarmente scientifico.

Già dai tempi della Magna Grecia (ed anche prima) si è verificata la situazione in cui, generalmente, nell’Acustica non è stata quasi mai la teoria a suggerire I’esperienza, ma piuttosto quest’ultima a causare nuovi sviluppi della prima; anche al giorno d’oggi, invece di procedere per scoperte fondamentali di fatti nuovi, quasi sempre si progredisce precisando, comprendendo, e misurando fatti apparentemente già noti.

Con Galileo si iniziò scientificamente a non più considerare quali sonori solo tutti quei fenomeni fisici percepibili con l’orecchio, che cessò, così, di essere considerato quale unico mezzo d’indagine per quantizzare (o misurare) oggettivamente le questioni inerenti al suono. Questo, proprio perché egli iniziando a non più riconoscere il confinamento delle applicazioni dell’Acustica entro il campo artistico, inizia lo studio sperimentale preciso dei fenomeni acustici; precisione suffragata già dalle sue prime scoperte inerenti alla di- pendenza dell’altezza dei suoni dal numero delle vibrazioni che in un dato tempo il corpo sonoro compie, sostituendo, così, al criterio puramente fisiologico quello definito fisicamente di frequenza.

Riguardo all’ascolto ed alla percezione dei suoni è stato ampiamente dimostrato(1) che le caratteristiche acustiche proprie dell’ambiente esercitano enormi influenze, già se solo correlate alla direttività delle sorgenti sonore, o considerate unitamente ai sensibili condizionamenti indotti da variazioni di temperatura, umidità (densità) e pressione barometrica nell’ambiente stesso, che possono causare al punto di ascolto sottrazioni di energia acustica, in special modo alle basse frequenze, poiché possono far combinare i due segnali suono diretto/suono riverberato in fase opposta in ambiente, con conseguenti - appunto - cancellazioni dovute alle differenze dei tempi di arrivo delle prime riflessioni al punto di ascolto rispetto al suono diretto. Inoltre, in ambienti confinati, seppur molto vasti, occorre tener in considerazione anche i rinforzi sonori legati all’eccitamento delle frequenze modali proprie di risonanza dell’ambiente, causate dalle dimensioni fisiche dell’ambiente stesso, e magari, accentuate dal posizionamento delle sorgenti sonore. E sin qui mi sono limitato solo a citare alcuni dei più elementari principi e fenomeni di Acustica tecnica, senza per nulla accennare alla psicoacustica ed ai meccanismi fisiologici(2) della percezione uditiva.

Proprio in merito a tali aspetti dell’Acustica, tra l’altro, va ancora detto che solo in tempi più recenti (3) sono stati divulgati i risultati di una ricerca di psicoacustica sulle variazioni della percezione soggettiva del suono emesso dalle sorgenti al variare dell’azimuth e della loro posizione sul piano orizzontale rispetto al punto di ascolto, con l’esatta individuazione degli angoli minimi di percezione dei suoni. Da tale importante lavoro si evince come sia possibile falsare la percezione ed ingannare il senso dell’udito, causando delle allucinazioni sonore.

Muovendo da quanto esposto e ipotizzando una conveniente utilizzazione delle attuali tecniche di potente elaborazione numerica del suono(4), si può addirittura affermare che si potrà raggiungere pienamente lo scopo della corretta diffusione sonora elettroacustica non quando il suono originale e quello diffuso tramite i sistemi di altoparlanti riusciranno ad essere parametralmente eguali (cosa tecnicamente inattuabile), ma quando si riuscirà ad emettere in ambiente un certo suono (5) - magari totalmente differente dall’originale - che stimolando il nostro cervello in una particolare maniera riuscirà ad ottenere da questo un giudizio di suono fedele e quindi perfettamente intelligibile.

 

BIBLIOGRAFIA

(1)               S. Collatina, I. Trimarchi, S. Torelli, M. T. Muraca, S. Cantadori, S. De Stabile – Acustica fisiologica: Verifica dell’attendibilità dell’indagine audiometrica tonale a livello liminare in campo libero – Associazione Italiana di Acustica; Acta del XX Convegno nazionale – 20 Anni di Acustica in Italia

(2)                           Ivan Trimarchi (SUONO  di novembre 1990) - ricerca di psicoacustica  sulle variazioni della percezione soggettiva del suono emesso dalle sorgenti sonore in ambiente.

(3)               I. Trimarchi, S. Torelli, S. Collatina, S. Cantadori, S. De Stabile –               Bioacustica: Proposta di apparecchiatura per controreazionare le variabili introdotte nell’indagine audiometrica in campo libero – Associazione Italiana di Acustica; Acta del XX Convegno nazionale – 20 Anni di Acustica in Italia

(4)               S. Collatina, I. Trimarchi, S. Torelli, A.P. Gallina, S. Cantadori, S. De Stabile – Acustica psicologica – Verifica del sistema d’onde più consono per il rilievo della soglia uditiva in campo libero – Associazione Italiana di Acustica; Acta del XX Convegno nazionale – 20 Anni di Acustica in Italia

(5)               I. Trimarchi, S. Torelli, J. Matjasevic, S. Collatina – Trattamento del segnale acustico: Tridimensionalizzazione della riproduzione sonora mediante metodica originale di captazione (ITR2), o di postelaborazione computerizzata (ITR3) – Associazione Italiana di Acustica; Acta del XX Convegno nazionale – 20 Anni di Acustica in Italia

 

LA RIVERBERAZIONE

 

Per riverberazione si intende la persistenza del suono nell’ambiente, dopo che la sorgente ha cessato di emetterlo. Questo è dovuto a tutta una serie di riflessioni successive del suono sulle varie superfici che delimitano l’ambiente.

Il fenomeno della riverberazione, se si manifesta in misura superiore a certi limiti (mediamente compresi fra 0,8 e 1,5 secondi per ambienti destinati all’ascolto della musica e a 0,5 secondi per quelli destinati all’ascolto del parlato, per spazi - o porzioni di spazio - aventi volume di circa 100 metri cubi) risulta avere effetti notevolmente fastidiosi (iperattività della corteccia celebrale con conseguente affaticamento all’ascolto) in quanto le code sonore dei suoni precedentemente emessi in ambiente interferiscono in maniera eccessiva con i suoni che di seguito si vanno emettendo, mascherandoli e impedendone una corretta o diretta comprensione.

Per indicare la qualità acustica di un ambiente sotto il profilo della riverberazione, nella pratica tecnica si è introdotto il concetto convenzionale di tempo di riverberazione RT60, definito come intervallo di tempo necessario affinché in un determinato punto di un ambiente chiuso il livello sonoro rilevabile si riduca di 60 dB rispetto a quello che si ha nell’istante in cui la sorgente sonora, emettente da un tempo sufficientemente lungo, ha cessato di emettere

Il tempo di riverberazione così definito non è una grandezza costante, ma varia al variare della frequenza, generalmente diminuendo al crescere di questa.

Durante i rilevamenti in situ dell’RT60, se il livello di rumore di fondo (rumore permanente) è elevato, si deve estrapolare il tratto iniziale del diagramma, corrispondente alla durata della riverberazione apparente, per un decremento complessivo pari - appunto – a 60 dB. Tale concetto viene illustrato con un esempio mediante i due seguenti grafici:

 

 

                      Durata della riverberazione teorica                   Durata della riverberazione apparente

 

Il concetto di campo acustico di riverberazione presuppone tanto che la media quadratica del livello di pressione sonora sia costante in tutto l’ambiente, quanto che il flusso di energia acustica sia probabilisticamente uguale in tutte le direzioni. Invece, la risposta in frequenza delle onde riflesse varia in funzione della direzione con cui queste pervengono nelle posizioni di ascolto che interferendo fra di loro, enfatizzano e distorcono il suono percepibile. Del resto – quindi - risulta che la misurazione del decadimento del suono in una data stanza, per ogni data banda di ottava o di terzo d’ottava dell’intervallo tonale uditivo, rivela solo quali componenti dei segnale presenti in quella banda acustica decadono in quel dato punto della stanza e – appunto - la variabilità di tali decadimenti che si riscontra durante le misurazioni, a seconda dei punti di rilevamento, dimostrano che ci si trova nella situazione di campo sonoro non diffuso.

Per quanto sin qui esposto appare evidente che l’uso della misura del tempo di riverberazione quale indice della qualità acustica di un ambiente è da considerarsi decisamente inadeguato e fuorviante. E’ un qualcosa assimilabile al pretendere di misurare attendibilmente la temperatura ambiente servendosi di un barometro: quant’anche la pressione atmosferica raggiungesse valori sensibilmente bassi, non è detto debba fare per forza freddo.

 

Oltre a numerosi altri fattori, 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 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.

 

Qualche altro parametro acustico legato alla riverberazione                                       

Dalla prima definizione di Tempo di Riverberazione RT60 di W. C. Sabine [1] , molti parametri acustici sono stati individuati per descrivere il carattere acustico di una sala. Secondo le definizioni contenute nel documento ISO 3328, fra i vari parametri fisici, di seguito definiamo quelli che spesso sono scelti per le analisi e valutazioni delle qualità acustiche degli ambienti di ascolto.

a)     (T15) T20, T30: Tempo di riverberazione calcolato dai valori di decadimento della riverberazione compresi tra –5 e –20 dB (T15); –5 e –25 dB (T20); e tra –5 e –35 dB (T30) sulla curva integrata di Schroeder, espresso in secondi.

Schroeder [2] trovò che il decadimento della riverberazione può essere descritto per mezzo di una integrazione inversa della risposta all’impulso:

dove:     p2(t)     =  media di un infinito numero di decadimenti

                      h2 (    = Risposta all’impulso

L’equazione (1) può essere scritta come:

L’equazione (2) può essere rappresentata in un diagramma , come rappresentato sul grafico di seguito riportato:

 

 

Diagramma di Schroeder espresso secondo l’equazione (2)

 

a)     Tempo di decadimento rapido (EDT) – Early Decay Time: Dato che il Jordan [3] dimostrò che la percezione soggettiva della riverberazione è in più forte correlazione con il decadimento iniziale della coda riverberativa, egli suggerì di calcolare il tempo di riverberazione dal l’intervallo di decadimento tra 0 e  –10 dB sulla curva integrata di Schroeder, espresso in secondi.

          BIBLIOGRAFIA

[1]        W. C. SABINE, “Collected paper on acoustics”, Cambridge, Harvard University Press Reprint Peninsula Publishing, Los Altos, CA, USA (1993)

[2]        M. SCHROEDER, “New method of measuring reverberation time”, Journal of Acoustical Society of America, 37, 409-412 (1965)

[3]        V. L. JORDAN, “A group of objective acoustical criteria for concert halls”, Applied Acoustics, 14 (1981)

 

 

Parametri più influenti nella valutazione soggettiva delle qualità acustiche di una sala

 

Riassumendo in forma estremamente succinta quanto sin qui esposto, c’è da dire che è stato ampiamente appurato sperimentalmente quali sono i parametri più influenti sulla valutazione soggettiva delle qualità acustiche di un ambiente: essenzialmente sono riconducibili a quelli che qui di seguito menzioniamo.

 

a)      Tempo di ritardo iniziale. Inteso quale intervallo di tempo che intercorre fra l’arrivo alla posizione di ascolto del primo suono diretto e quello del suono di prima riflessione significativamente percepibile (così come, ad esempio, è rappresentato nel diagramma riportato in Fig. 1);

 

b)      Rapporto suono diretto/suono di prima riflessione (espresso in dB), appunto, fra il livello si pressione sonora (LD) del suono diretto – generalmente rilevato ad un metro di distanza dalla sorgente – ed il livello di pressione sonora del suono di prima riflessione (LRP), per i quali vedasi riferimento esemplificativo in Fig. 2;

 

c)      Distribuzione temporale (intensità versus frequenza) nei ritardi, per quanto concerne i suoni costituenti le prime riflessioni, nei primi 50 millisecondi di percezione uditiva dopo il primo suono;

 

d)      Presenza sensibile di qualsiasi riflessione avente ritardo maggiore di 50 millisecondi, dopo la percezione del suono diretto, ad un livello di pressione sonora maggiore di quello LRP;

 

e)      Densità spettrale delle quantità energetiche sia di LRP (ad esempio, le prime riflessioni a 50 millisecondi dall’arrivo dei suoni aventi valori LD) sia del livello sonoro del campo di riverberazione LR (quando questo risulta essere rilevabile con una entità significativa).

 

 

Curva densità versus tempo (ETC) -

Risoluzioni: 

Verticale 6 dB divisione;   

Fondo-scala a 102,3 dB;   

0 dB è situato a 0,00002 Pa

Orizzontale da 90000 msec  a 251728 msec

 

 

Risposta acustica ambiente (Idealizzata)

 

T0 – TREF = Tempo di tragitto del segnale dalla sorgente al punto di ascolto;

T1 – T0 = Tempo di ritardo iniziale;   TN – TREF = Ritardo proprio caratteristico dell’ambiente;

       T2 – T1 (variabili, compresi fra TREF e T2)

 

 

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