L'allineamento temporale e la coerenza di fase sono fondamentali per garantire un'interazione uniforme tra subwoofer e array lineari. Dovremmo quindi allineare temporalmente i segnali con una precisione migliore di ±1 ms (per evitare interferenze distruttive nelle frequenze di crossover (80-120 Hz)). La fase può essere mantenuta entro ±90 gradi per eliminare gli effetti di filtro a pettine. I processori digitali del segnale realizzano questo ritardando i driver ad alta frequenza di alcune microsecondi. Superare questi limiti può causare un degrado della risposta transitoria fino al 15%. Una corretta posizione consente spostamenti di frequenza senza sfocatura temporale nel campo sonoro.
Una distribuzione bilanciata del livello di pressione sonora (SPL) tra subwoofer e array lineari previene il mascheramento delle frequenze e le irregolarità nella risposta in potenza. Tre principi fondamentali regolano un efficace abbinamento del SPL:
I metodi più comuni per il posizionamento di più subwoofer includono le tecniche della direttività cardioide (controllo del pattern cardioide dei subwoofer) e dei metodi modali distribuiti. I pattern cardioide creano una direttività osservabile alle basse frequenze grazie all'inversione di fase e ai driver posteriori ritardati, con un'attenuazione posteriore fino a 20 dB, come mostrato in recenti studi sulla coerenza di fase. Questo è utile nelle applicazioni audio professionali dove soltanto i frontali necessitano di rinforzo e la parte posteriore di un ambiente dovrebbe semplicemente avere il basso ridotto. Array più piccoli distribuiscono un certo numero di subelementi in modo non uniforme all'interno dello spazio al fine di annullare le onde stazionarie attraverso la media spaziale. Sebbene le configurazioni cardioide abbiano una direttività superiore, di solito presentano una risposta più piatta di 3-6 dB nella stanza (rettangolare).
Secondo la regola di spaziatura 3:1 indicata nello standard IEC 60268.1, gli array di subwoofer sono posizionati in modo ottimale quando la distanza tra loro è pari a un terzo della dimensione massima della stanza. Questo permette di ridurre il rinforzo delle modalità assiali, poiché i pattern di cancellazione vengono spostati al di sopra della frequenza di taglio di Schroeder. Misure sul campo mostrano che una corretta spaziatura 3:1 riduce l'ampiezza delle onde stazionarie nella gamma 40-80 Hz di 8-12 dB rispetto al posizionamento equidistante. Nelle installazioni reali, i subwoofer sono solitamente disposti in configurazioni triangolari in stanze di dimensioni simili a questa oppure distribuiti uniformemente lungo la larghezza della sala in spazi più grandi.
I subwoofer posizionati strategicamente vicino ai confini della stanza sfruttano l'acustica ambientale al fine di migliorare la risposta dei bassi grazie a un'aggiunta costruttiva. Quando si posizionano i driver a una distanza inferiore a λ/8 da una parete o da uno spigolo, si ottiene una riflessione costruttiva delle onde sonore (tutto ciò è indicativo per mostrare un tempo di riverberazione di circa 0,5–0,7 s). Per ogni interfaccia di confine (parete-pavimento-spigolo) si aggiunge un guadagno di 3-6 dB rispetto alla condizione di campo libero, fino a un massimo di un picco di 12 dB nei subwoofer posizionati in uno spigolo multiplo. Il miglior guadagno proviene dalla rigidità delle superfici (calcestruzzo > cartongesso) con coefficienti di assorbimento < 0,2 a frequenze sotto gli 80 Hz, per ridurre al minimo la perdita di energia.
La fase dovuta alle riflessioni delle onde emesse direttamente con offset di 180° viene annullata dalle riflessioni al contorno. Le bande di guardia seguono regole di posizionamento dipendenti dalla frequenza per evitare le zone DIFZ o CD, ad esempio mantenendo distanze di λ/4 dai contorni alle frequenze di crossover. Gli ingegneri utilizzano anche approcci basati esclusivamente sui decibel e reti di filtri All-Pass per la rotazione della fase, ma prevedono schemi in base ai nodi delle onde stazionarie. Misure nel mondo reale hanno dimostrato che il minimo è ridotto di 8-15 dB quando si usano bande di guardia di 1/6 ottava tra bande critiche di 40-80 Hz.
Per ottenere un'integrazione ottimale del basso negli home theater è necessario seguire protocolli sistematici di calibrazione che affrontino sia le specifiche tecniche sia le anomalie specifiche della stanza. Una corretta calibrazione garantisce coerenza di fase, minimizza le onde stazionarie e mantiene un SPL costante in tutte le posizioni di ascolto.
Lo standard SMPTE 2034-2 definisce il sincronismo nei sistemi audio multicanale e stabilisce che subwoofer e altoparlanti satelliti debbano essere allineati rispetto all'array principale entro +2 ms. Parte di questa scelta è motivata dal fatto che la corrispondenza delle fasi contribuisce a ridurre al massimo le cancellazioni di fase alla frequenza di crossover (+-80-120 Hz). Se si mantengono i driver entro 1/3 d'onda rispetto alla frequenza di crossover, è possibile mantenere la coerenza, sostengono gli ingegneri. Le attuali generazioni di processori utilizzano l'equalizzazione GDC per compensare i ritardi nelle risposte di amplificatori e driver, il che è particolarmente importante in ambienti con forme irregolari.
Ma i sistemi avanzati di correzione acustica delle stanze come Dirac Live e Audyssey MultEQ XT32 misurano le risposte impulsive 256 volte da 256 sorgenti e forniscono mappe tridimensionali della frequenza e della fase che rappresentano in modo preciso l'ambiente. Nel 2022, la AES ha analizzato 7 sistemi riscontrando differenze nell'accuratezza dell'allineamento comprese tra ±3,2 ms (di base) e ±0,5 ms (di alta fascia). Sebbene questi strumenti contribuiscano a ridurre la variabilità tra posto e posto di 6-8 dB, rimane necessaria una verifica manuale. Gli algoritmi di linearizzazione della fase riducono del 35% le attenuazioni causate dai confini della stanza sotto i 50 Hz nelle stanze asimmetriche, o eliminano virtualmente tali attenuazioni nelle stanze simmetriche. Soluzioni ibride di EQ parametrico e correzione nel dominio del tempo riescono a ottenere deviazioni inferiori a 1 dB dalle curve obiettivo in tali sistemi, superando le prestazioni di un EQ puro nel caso di più subwoofer.
Il suono a bassa frequenza end-fire è un suono matrice temporale poiché i subwoofer sono posizionati uno di fronte all'altro in linea retta. I driver progressivi, con quelli posteriori sfasati, sincronizzano le fronti d'onda mediante interferenza costruttiva lungo l'asse target. Questo sistema garantisce fino a circa 10 dB di isolamento fronte-retro a 80 Hz, anche se l'integrità del diagramma è assicurata solo se il ritardo corrisponde precisamente a un quarto della lunghezza d'onda. Tuttavia, in uno stadio o un'arena dove si rende necessario controllare al meglio la direttività del suono, la lunghezza dell'array deve essere maggiore della lunghezza d'onda della frequenza target.
L'ottimizzazione basata sui gradienti regola i subwoofer in ambienti non diffusi, associando le modulazioni del livello sonoro (SPL) ai guadagni tonali incrementali e ai ritardi. Questo processo corregge le irregolarità architettoniche come pavimenti inclinati o pareti asimmetriche; differenze di livello inferiori a 3 dB non causano effetti di comb filtering. L'ottimizzazione basata sulle misurazioni riduce la varianza tra un posto e l'altro del 57% in sale asimmetriche. -Pal: tempi di riverberazione RT60 e coerenza della risposta impulsiva tra le diverse zone, con il primo entro ±1,5 dB in tutti i punti d'ascolto.
Che si tratti di impilare le casse a terra con i subwoofer, è necessario un preciso allineamento temporale per far coincidere esattamente le basse frequenze con quelle delle linee sonore sospese. Più recentemente, in uno stadio all'aperto con capienza di 50.000 persone, l'allineamento di fase è stato realizzato grazie a un protocollo di compensazione del ritardo, equalizzando i tempi d'arrivo delle onde sonore lungo linee visive di 120 metri. Questa configurazione ha contrastato gli effetti di filtro comb generati dai settori di sedute pneumatici, mantenendo un ritardo di gruppo costante (tolleranza ±0,5 ms), confermato da modelli acustici basati su computer. Il sistema ha raggiunto il 98% di intelligibilità del parlato (STI ≥0,65) nell'area superiore della tribuna, nonostante le riflessioni causate dal calcestruzzo.
Gli array di subwoofer cardioide con attenuazione posteriore di 8 dB si sono rivelati efficaci per installazioni in stadi all'aperto. Sedici subwoofer duali da 18 pollici disposti in un array down-fill hanno fornito una direttività controllata utilizzando altoparlanti sfasati, regolati per garantire direttività tra 60Hz e 120Hz. Sono stati raggiunti rapporti di attenuazione fronte-retro superiori a 14:1 in posizioni centrali del campo, isolando efficacemente l'accumulo di frequenze basse sotto le strutture a sbalzo. Studi recenti sugli array di subwoofer indicano che questa configurazione riduce l'energia delle onde stazionarie del 41% rispetto alle configurazioni tradizionali, portando a una variazione di livello sonoro (SPL) di 105dB con scostamenti inferiori a 2dB per tutti i posti a sedere.
L'allineamento temporale è essenziale per prevenire interferenze distruttive nei punti di crossover, assicurando un'interazione uniforme tra subwoofer e array lineari e preservando la qualità del suono.
Una corretta collocazione dell'ambiente può migliorare le prestazioni del subwoofer sfruttando il rinforzo naturale dei confini per aumentare la risposta dei bassi e ridurre al minimo le onde stazionarie.
La regola 3:1 prevede di disporre gli array di subwoofer a una distanza pari a un terzo della dimensione massima della stanza per ridurre il rinforzo delle modalità assiali e migliorare la qualità del suono.
Gli array di subwoofer cardioide offrono una direttività controllata e attenuano i segnali posteriori, riducendo l'accumulo di frequenze basse e migliorando la chiarezza del suono in grandi spazi aperti.
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