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Daniele Ponteggia

 

 

L’ing. Daniele Ponteggia è il numero uno tra gli specialisti di acustica architettonica ed elettroacustica (oltre ad essere uno strepitoso contrabbassista). In questo post ci regala una panoramica della simulazione acustica, arrivando a fondo nei dettagli tecnici. Ma ho insistito, e abbiamo tirato fuori anche gli aspetti pratici dell’argomento. Approfondiremo, nei prossimi mesi, anche alcuni aspetti delle misurazioni acustiche.

 

 

 

Daniele Ponteggia: La maggioranza dei software di previsione acustica delle case produttrici di sistemi PA considera unicamente il campo sonoro diretto. In questo modo, i risultati della previsione non saranno assoluti, soprattutto al chiuso e sulle basse frequenze. Sviluppare un software che simula solo il suono diretto è abbastanza semplice perché le leggi fisiche che lo regolano sono poche. Mettere dentro anche il campo sonoro riverberato, è molto più complesso. C’è da considerare che all’aperto non c’è praticamente riverberazione, e solo quando ci si trova al chiuso un sistema PA necessita di simulare il campo riverberato.

In alcune condizioni, anche al chiuso conoscere il campo riverberato diventa non molto influente.

In generale, i software di previsione che considerano solo il campo sonoro diretto, vengono usati per il puntamento dei line array. Considerare il campo riverberato è molto importante invece per un’installazione fissa in cui dovrò decidere da zero che tipo di sistema montare.

Negli ultimi anni c’è stata una sovrapposizione tra le due famiglie, e alcuni software si sono addentrati anche nel campo opposto, restando comunque due strumenti distinti. EASE di AFMG, ad esempio, calcola il campo sonoro diretto e quello riverberato. Può quindi simulare un line array all’interno di un ambiente e prevederne il puntamento. EASE Focus invece lavora solo con il campo sonoro diretto. Modeler della Bose permette di aggiungere anche un po’ di campo sonoro riverberato.

 

Esempi di software che prendono in considerazione solo il campo sonoro diretto. Sono per lo più utilizzati, come strumento pratico, per il puntamento dei line array .

 

Spesso non si hanno a disposizione tutti dati esatti per costruire la previsione: a volte mancano le altezze, i CAD o non abbiamo i coefficienti di assorbimento dei materiali.

Questi sono aspetti che aumentano l’incertezza del risultato, ma non è tutto: dobbiamo considerare anche l’incertezza del calcolo. In primo luogo ci si deve porre il problema di come viene modellata la sorgente sonora: puntiforme o vista come uno slot per simulare le guide d’onda dei line array. Il secondo punto di incertezza sarà nella stima dei parametri del modello attraverso la misurazione della risposta polare del sistema. Se poi non ci fermiamo solo al campo sonoro diretto, dobbiamo considerare anche l’ambiente, sia nel suo modello, sia nella propagazione dell’onda acustica.

Per esperienza personale posso dire che, se il modello è stato pensato bene e se l’operatore ha una certa esperienza, si riesce ad arrivare a dei risultati che sono in linea con quello che accadrà sul campo. Possiamo quindi decidere preventivamente se sarà meglio montare il sistema A o il sistema B. I valori assoluti invece, come la riverberazione dell’ambiente o il valore in dB SPL, sono molto difficili da azzeccare, ma avere una stima nell’ordine del 20% e conoscere l’andamento in frequenza di quello che sarà la realtà, è già un ottimo punto di partenza.

 

Esempi di software che prendono in considerazione anche il campo sonoro riverberato. Sono utilizzati, con la modalità a mappatura dei livelli, dai consulenti acustici nelle installazioni fisse.

 

In definitiva, non è detto che un modello della realtà molto accurato sia meglio di un modello meno accurato, perché nel gioco rientrano anche la potenza e i tempi di calcolo del processore. Quindi un modello con tutti i minimi dettagli dal punto di vista computazionale sarà complicatissimo e – se il computer dovesse farcela – dovremo aspettare a lungo per avere dei risultati. Un modello semplificato invece sarà più trattabile dal punto di vista computazionale e avremo delle risposte in tempi ragionevoli. Si può ragionevolmente asserire che tutti gli oggetti sotto i 50 cm (come gli scalini) possono non essere disegnati. A parità di tempo, meno superfici disegno e maggiore è la risoluzione dell’algoritmo di calcolo che riesco ad utilizzare. In definitiva, è molto meglio fare una simulazione che nel modello di calcolo usa una risoluzione maggiore che una simulazione con tanti dettagli geometrici, ma con risoluzione grossolana.

Resta il fatto che, in una location già costruita, sarà molto più facile misurare che simulare: basta un palloncino, un microfono e un po’ di buona volontà. Il massimo sarebbe sarebbe verificare l’acustica di un ambiente e valutare se si possono fare interventi di acustica passiva, infine decidere quale tipologia di impianto montare e come.

 

Conosci i metodi di previsione acustica

Il campo sonoro diretto è calcolato ponendo un ricevitore ad una determinata distanza e ad un preciso angolo di incidenza. Poi si deduce la risposta in frequenza e in fase. Sviluppare un software che simula solo il suono diretto è abbastanza semplice: le leggi fisiche che lo regolano sono poche.  Il discorso si complica per il campo sonoro riverberato, perché si tiene conto delle riflessioni che arrivano dall’ambiente. Esistono tante metodologie di calcolo: le sorgenti immagine, ad esempio, vedono quali sono le riflessioni geometriche tra sorgente e ricettore. Il metodo ray tracing invece invia un certo numero di raggi e ne analizza il percorso. Esistono altri metodi geometrici che si assomigliano tra loro, ma anche metodi statistici più semplici.

 

previsione acustica

 

Nel campo sonoro riverberato, EASE si ferma a 100 Hz, ma i metodi ad elementi finiti permettono di scendere di più in frequenza. Il limite sta nella la potenza delle CPU e nella definizione delle caratteristiche dei materiali architettonici. In futuro, ci sarà il matrimonio tra la simulazione ad elementi finiti in bassa frequenza e la simulazione geometrica per le medio-alte. Questo si realizza oggi solo per piccoli ambienti, come ad esempio gli studi di registrazione.


Cenni storici

 

Su una sfera di vetro veniva incollato il grafico della risposta polare per prevedere la dispersione di un diffusore su una piantina.

  • Prima dell’avvento dei software si misurava la risposta polare del diffusore, si stampava il grafico su un foglio trasparente e lo si incollava su una sfera di vetro. Poi si inseriva una lampadina all’interno della sfera e si proiettava l’immagine sulla piantina dello spazio da sonorizzare.
  • In acustica architettonica, si utilizzavano modelli 3D in scala e si misurava la risposta all’impulso. Come sorgente – invece del dodecaedro – c’era una scintilla prodotta da elettrodi. Questo metodo prese il nome di spark testing. In pratica, si simulava – con le lunghezze d’onda scalate – la risposta di un ambiente attraverso un modello fisico in scala.
  • Agli inizi degli anni ’90, sul fronte elettroacustico uscì EASE, JBL CADP2 e Bose Modeler. Per l’acustica architettonica esistevano già un po’ di software e diverse ricerche universitarie che confluirono in Odeon.

    Spark Generator di uno Spark Testing. Per considerare un range da 40 Hz a 15 kHz, si misurava in scala 1:10 (da 400 Hz a 150 kHz) o in scala 1:20 (da 800 Hz a 300 kHz).

  • Con il passare degli anni applicazioni quali Odeon e CATT iniziarono ad inserire i parametri di direttività delle sorgenti e le due famiglie di software iniziarono a sovrapporsi.
  • Fino a 10 o 15 anni fa, c’era anche il problema della modellazione dei sistemi in array. In questa configurazione infatti, le interferenze tra i diffusori sono importanti e vanno accuratamente simulate. I produttori di sistemi array si organizzarono seguendo ognuno le proprie filosofie. Nei software con librerie “aperte” – come EASE – questo rappresentava un problema. Infatti senza il dato della risposta in fase non era possibile simulare correttamente i line array.
  • Nacquero così le librerie dinamiche .dll, in cui i costruttori potevano scrivere gli algoritmi di simulazione dei propri diffusori. A causa dei costi elevati tale approccio prese piede solo per i grandi costruttori. Con l’introduzione dei modelli .gll, AFMG ha permesso a qualsiasi costruttore di creare il proprio modello con un minimo investimento in misurazioni e programmazione.