acustica-Claudio Gandolfi - MDD

acustica

          
  ACUSTICA DEI DIFFUSORI MDD
ACOUSTICS OF MDD DIFFUSERS

fronti
Il lato posteriore dell’’altoparlante emette l’onda primaria (rossa) mentre il lato anteriore invia l’energia acustica (in controfase) all’interno della guida d’onda che la emette all’esterno in corrispondenza del suo lato superiore come onda secondaria ritardata, attenuata e coerente (blu).
The back side of the loudspeaker emits the primary wave (red) while the front side sends the acoustic energy (in counter-phase) inside the waveguide that emits it outside on its upper side as a wave delayed secondary, attenuated and consistent (blue).

Sono rappresentate solo le onde secondarie emesse alla fine della guida d’onda più corta, nella realtà ogni guida d’onda emette onde secondarie attenuate, ritardate e coerenti a cui si applicano le stesse considerazioni.
Only the secondary waves emitted at the end of the shorter wave guide are represented, in reality each waveguide emits attenuated, delayed and coherent secondary waves to which the same considerations apply.

In figura è schematizzata la propagazione dei fronti sonori generati da un impulso: un segnale a 1 KHz della durata di 1 msec (un periodo). I numeri rappresentano i ritardi in millisecondi necessari ai fronti per propagarsi e raggiungere il punto d’ascolto, 5 millisecondi per l’onda primaria e 8 millisecondi per l’onda secondaria. La guida d’onda è considerata lunga circa un metro ed è percorsa dal suono in 3 millisecondi.
The figure shows the propagation of the sound fronts generated by a pulse: a 1 KHz signal lasting 1 msec (a period). The numbers represent the delays in milliseconds needed by the fronts to propagate and reach the listening point, 5 milliseconds for the primary wave and 8 milliseconds for the secondary wave. The waveguide is considered about one meter long and is covered by the sound in 3 milliseconds.

Si ragiona in termini qualitativi e non quantitativi. Per semplificare:
• si considerano l’altoparlante e l’impianto ideali;
• sono trascurate le riflessioni dell’ambiente d’ascolto;
• sono considerati sferici sia il fronte emesso dal lato inferiore dell’altoparlante che quello emesso dal lato superiore della guida d’onda;
• sono trascurate le variazioni d’ampiezza, rappresentate dimezzando l’altezza dell’onda secondaria rispetto alla primaria;
• non sono considerate le differenze fra i fronti percepiti dai due orecchi che si trovano in punti diversi.

It is reasoned in qualitative and not quantitative terms. To simplify:
• the ideal speaker and system are considered;
• the reflections of the listening environment are neglected;
• both the front emitted from the lower side of the loudspeaker and that emitted from the upper side of the waveguide are considered spherical;
• the amplitude variations are neglected, represented by halving the height of the secondary wave with respect to the primary one;
• the differences between the fronts perceived by the two ears in different points are not considered.

6XXg_acustica_impulso
La risposta all’impulso può essere assimilata al comportamento della riproduzione delle fasi transitorie dell’inviluppo di un suono: attacco, decadimento e rilascio. Dal grafico si vede che a una frequenza di 1 KHz l’onda primaria e la secondaria sono nettamente separate e possono trasportare informazioni sulla dimensione di una sorgente sonora che emette energia nello stesso istante da punti diversi.
The impulse response can be assimilated to the behavior of the reproduction of the transitional phases of the envelope of a sound: attack, decay and release. The graph shows that at a frequency of 1 KHz the primary and secondary waves are clearly separated and can carry information on the size of a sound source that emits energy at the same time from different points.
6XXg_acustica_serie
La risposta a una serie di impulsi (6 per esigenze grafiche) può essere assimilata al comportamento stazionario della riproduzione della fase di mantenimento dell’inviluppo di un suono. Dal secondo grafico si vede che a una frequenza di 1 KHz l’onda primaria e la secondaria interagiscono con tre modalità distinte: solo primaria, primaria più secondaria, solo secondaria e possono trasportare anche in questo caso informazioni sulla dimensione virtuale della sorgente sonora.
The response to a series of pulses (6 for graphic needs) can be assimilated to the stationary behavior of the reproduction of the maintenance phase of the envelope of a sound. From the second graph we see that at a frequency of 1 KHz the primary and secondary waves interact with three distinct modes: only primary, primary plus secondary, only secondary and can also carry information in this case on the virtual dimension of the sound source.

L’effetto della tridimensionalità della sorgente sonora si percepisce a 360 gradi sul piano orizzontale e si annulla sulla verticale del diffusore. In tutti i punti della verticale l’onda primaria e quella secondaria arrivano nello stesso istante. Nel disegno alcuni di questi punti sono indicati con la lettera X.
The effect of the three-dimensionality of the sound source is perceived at 360 degrees on the horizontal plane and vanishes on the vertical of the diffuser. In all points of the vertical the primary and secondary waves arrive at the same time. In the drawing some of these points are indicated with the letter X.

Le considerazioni fatte per il punto d’ascolto valgono per ogni oggetto riflettente che si trova sul piano orizzontale che diventa a sua volta origine di onde riflesse che contengono informazioni coerenti sulla dimensione virtuale della sorgente audio riprodotta.
The considerations made for the listening point apply to every reflective object that is on the horizontal plane, which in turn becomes the origin of reflected waves that contain coherent information on the virtual dimension of the reproduced audio source.

La mancanza di riflessioni interne al diffusore permette una gestione ottimale dei fronti d’onda secondari ritardati, attenuati e coerenti con l’emissione primaria dell’altoparlante.
The lack of reflections inside the diffuser allows an optimal management of the delayed, attenuated and coherent secondary wave fronts with the primary emission of the loudspeaker.

Al momento non sono note metodologie di misura standardizzate per questo tipo di effetto acustico.
At the moment there are no known standardized measurement methods for this type of acoustic effect.

 
PSICOACUSTICA DEI DIFFUSORI MDD
RIFLESSIONI AMBIENTE D’ASCOLTO
PSYCHOACOUSTICS OF MDD DIFFUSERS
REFLECTIONS LISTENING ENVIRONMENT

Le ipotesi di lavoro che seguono sono state utilizzate per lo sviluppo dei progetti MDD e si sono evolute di pari passo all’evoluzione dei diffusori. Sono da considerare una base di discussione per gli effetti sull’ascolto delle onde secondarie e soggette a ulteriori variazioni.
The working hypotheses that follow have been used for the development of MDD projects and have evolved hand in hand with the evolution of the loudspeakers. They are to be considered a basis for discussion of the effects on listening to secondary waves and subject to further variations.

Dopo l’emissione primaria dell’altoparlante che arriva alle orecchie dell’ascoltatore percorrendo il percorso rettilineo più breve, le guide d’onda emettono per diffrazione in punti diversi una serie di onde secondarie ritardate attenuate e coerenti con l’emissione primaria. Le onde secondarie coerenti arrivano nel punto d’ascolto prima delle riflessioni generate dagli oggetti e dalle pareti dell’ambiente; il risultato è un maggiore realismo della riproduzione e un facile riconoscimento dei suoni registrati.
After the primary emission of the loudspeaker that reaches the listener's ears along the shortest rectilinear path, the waveguides emit by diffraction in different points a series of delayed secondary waves attenuated and coherent with the primary emission. The coherent secondary waves arrive at the listening point before the reflections generated by the objects and the walls of the environment; the result is greater realism of reproduction and easy recognition of recorded sounds.

Le stesse onde secondarie ritardate e coerenti potrebbero essere generate elettronicamente o con altoparlanti multipli. Sono in commercio vari tipi di dispositivi di condizionamento del segnale che hanno lo scopo di migliorare la percezione dei suoni riprodotti con algoritmi specifici. Anche un array di altoparlanti, diffusori planari con dimensione superiore al metro o la configurazione D'Appolito generano fronti sonori coerenti e ritardati.
The same delayed and consistent secondary waves could be generated electronically or with multiple speakers. Various types of signal conditioning devices are on the market which have the purpose of improving the perception of the sounds reproduced with specific algorithms. Even an array of speakers, planar speakers larger than a meter or the D'Appolito configuration generate coherent and delayed sound fronts.

La presenza di onde secondarie ritardate e coerenti aumenta il realismo della riproduzione in quanto simula la presenza di fronti sonori emessi nello stesso istante da punti diversi della sorgente sonora registrata. Negli strumenti musicali, nelle persone, negli animali non è mai un unico punto ad emettere energia sonora, ritardi di 2–5 millisecondi simulano l’effetto prodotto da strumenti o corpi di 70–170 centimetri. Le onde secondarie coerenti prodotte dai diffusori MDD non hanno solo i ritardi adatti ma provengono effettivamente da punti diversi nello spazio, nessuna sorgente puntiforme può ricreare questo effetto senza una complessa rielaborazione del segnale stereo registrato che resta valida in zone limitate dell’ambiente d’ascolto.
The presence of delayed and coherent secondary waves increases the realism of the reproduction as it simulates the presence of sound fronts emitted at the same time from different points of the recorded sound source. In musical instruments, in people, in animals it is never a single point to emit sound energy, delays of 2–5 milliseconds simulate the effect produced by instruments or bodies of 70–170 centimeters. The coherent secondary waves produced by the MDD speakers not only have the appropriate delays but actually come from different points in space, no point source can recreate this effect without a complex reworking of the recorded stereo signal that remains valid in limited areas of the listening environment .

Il senso dell’udito si è evoluto per riconoscere la sorgente sonora e l’ambiente che la circonda, la sorgente è un termine di paragone per avere informazioni sull’ambiente d’ascolto e le riflessioni dell’ambiente possono complicare il riconoscimento del suono. Uno stereo può riprodurre alla perfezione le riflessioni registrate di un ambiente con caratteristiche acustiche totalmente diverso da quello in cui si ascolta. Può capitare che il locale d’ascolto aggiunga riflessioni che confondono il cervello con segnali in contrasto con i segnali registrati.
The sense of hearing has evolved to recognize the sound source and the environment that surrounds it, the source is a term of comparison to get information on the listening environment and the reflections of the environment can complicate the recognition of the sound. A stereo can perfectly reproduce the recorded reflections of an environment with acoustic characteristics totally different from the one in which you listen. It may happen that the listening room adds reflections that confuse the brain with signals in contrast with the recorded signals.

Usando uno stereo con sorgenti puntiformi all’ascoltatore arriva prima il suono diretto della sorgente registrata che contiene segnali emessi in posizioni diverse nello stesso istante, i ritardi sono corretti ma risultano riprodotti su una linea monodimensionale che unisce i due diffusori. Se la stanza d’ascolto è più piccola del locale della registrazione successivamente arrivano le riflessioni introdotte dalla stanza e infine le riflessioni presenti nel locale in cui è avvenuta la registrazione. L’ascoltatore deve decodificare tre informazioni in contrasto fra di loro: la sorgente sonora tridimensionale riprodotta come sorgente monodimensionale, l’ambiente d’ascolto che riflette le onde sonore di una sorgente monodimensionale, le riflessioni dell’ambiente della registrazione che può essere molto diverso. Non è detto che sia un’esperienza gradevole.
When using a stereo with point sources to the listener the direct sound of the recorded source arrives before it contains signals emitted in different positions at the same time, the delays are correct but are reproduced on a one-dimensional line that joins the two speakers. If the listening room is smaller than the recording room, later the reflections introduced by the room arrive and finally the reflections present in the room where the recording took place. The listener must decode three conflicting information: the three-dimensional sound source reproduced as a one-dimensional source, the listening environment that reflects the sound waves of a one-dimensional source, the reflections of the recording environment that can be very different . Not a pleasant experience.

Per migliorare le cose si può eliminare la sorgente puntiforme con un array di altoparlanti, diffusori planari o una configurazione D’Appolito e trattare la stanza d’ascolto per minimizzare le riflessioni tipiche del locale. Il risultato è la riproduzione più fedele possibile all’esecuzione originale, chiudendo gli occhi si può avere l’impressione di assistere all’evento. Gli occhi è meglio tenerli chiusi in quanto quello che si sente non corrisponde a quello che circonda l’ascoltatore. Spesso l’area d’ascolto ottimale si riduce ad una zona limitata in corrispondenza del vertice del triangolo con alla base la linea che unisce i due diffusori.
To improve things you can eliminate the point source with an array of speakers, planar speakers or a D’Appolito configuration and treat the listening room to minimize the typical reflections of the room. The result is the most faithful reproduction of the original execution, closing the eyes you can have the impression of attending the event. The eyes are better kept closed as what you hear does not correspond to what surrounds the listener. Often the optimal listening area is reduced to a limited area at the vertex of the triangle with the line joining the two speakers at the base.

Le emozioni prodotte dall’ascolto della musica registrata si possono ottenere anche senza trattare acusticamente il locale e con un economico altoparlante larga-banda utilizzando uno dei progetti MDD.
The emotions produced by listening to recorded music can also be achieved without acoustically treating the room and with an inexpensive wide-band speaker using one of the MDD projects.

I diffrattori acustici a guida d’onda aggiungono onde secondarie ritardate e coerenti a tutte le sorgenti anche se la registrazione è stata fatta con microfoni posizionati in punti non ideali. L’effetto potrebbe modificare la percezione delle dimensioni della sorgente registrata ma in nessun caso può farla ridiventare monodimensionale. Successivamente l’onda primaria e quelle secondarie sono riflesse dall’ambiente e arrivano all’ascoltatore che le percepisce come compatibili con una sorgente tridimensionale presente nella stanza. L’emissione omnidirezionale in un ambiente riflettente aumenta l’effetto delle onde riflesse dal locale d’ascolto. Quando si riproducono le riflessioni della sala di registrazione per l’effetto Haas il cervello percepisce queste ultime come una prosecuzione dei segnali precedenti. La successione: onda primaria, onde secondarie coerenti e ritardate, riflessioni del locale d’ascolto, riflessioni della sala di registrazione diventano per il cervello un unico suono più facile da interpretare e piacevole da ascoltare. Diminuisce il tempo necessario alla memoria per la decodifica dei suoni e aumenta il tempo a disposizione della fantasia.
The waveguide acoustic diffractors add delayed and coherent secondary waves to all the sources even if the recording was made with microphones positioned in non-ideal points. The effect may change the perception of the size of the recorded source but in no case can it make it become one-dimensional again. Subsequently, the primary and secondary waves are reflected by the environment and arrive at the listener who perceives them as compatible with a three-dimensional source in the room. The omnidirectional emission in a reflective environment increases the effect of the reflected waves from the listening room.When the reflections of the recording room are reproduced for the Haas effect, the brain perceives the latter as a continuation of the previous signals. The succession: primary wave, coherent and delayed secondary waves, reflections of the listening room, reflections of the recording room become for the brain a single sound easier to interpret and pleasant to listen to. Decreases the time needed for the memory to decode sounds and increases the time available to the imagination.

La riproduzione è simile all’ascolto dal vivo degli strumenti nella propria stanza. Non sono le condizioni di massima fedeltà alla registrazione originale ma può essere molto divertente. Tenendo gli occhi aperti c’è l’inconveniente che non si vedono gli strumenti che si stanno ascoltando. La zona d’ascolto è ampia e si può seguire al meglio la musica in ogni punto della stanza.
Reproduction is similar to listening to live instruments in your room. The conditions of maximum fidelity to the original recording are not but can be very funny. Keeping your eyes open, there is the inconvenience that you do not see the tools you are listening to. The listening area is wide and you can follow the music in the best place in the room.

 
PSICOACUSTICA DEI DIFFUSORI MDD
RICONOSCIMENTO DEI SUONI
PSYCHOACOUSTICS OF MDD DIFFUSERS
SOUND RECOGNITION

Nel sito mangeraudio è possibile leggere un interessante articolo sul riconoscimento dei suoni, in particolare si distinguono tre fasi:
• nella prima, molto breve, si localizza la provenienza del suono;
• nella seconda più lunga si individua la dimensione dell’oggetto o del corpo che ha generato il suono;
• nella terza si riconosce il suono generato dall’oggetto o da una persona.

In the mangeraudio site it is possible to read an interesting article on the recognition of sounds, in particular three phases are distinguished:
• in the first, very short, the origin of the sound is localized;
• in the second longest the size of the object or body that generated the sound is identified;
• in the third one recognizes the sound generated by the object or by a person.

Il tutto è fatto con il senso dell’udito (orecchio e cervello) in alcune decine di millisecondi. Se le persone hanno sviluppato una simile abilità è perché dava un vantaggio evolutivo. La visione stereoscopica tridimensionale è solo anteriore mentre il senso dell’udito da informazioni anche su quello che avviene alle spalle di una persona.
Everything is done with the sense of hearing (ear and brain) in a few tens of milliseconds. If people have developed such a skill it is because it gave an evolutionary advantage. The three-dimensional stereoscopic vision is only anterior while the sense of hearing gives information also on what happens behind a person.

Immaginando un gruppo di persone in lotta con un animale o altre persone nella confusione un suono deve essere innanzitutto localizzato per sapere dove rivolgere la propria attenzione. Successivamente si stabiliscono le dimensioni che sono collegate al tipo ti pericolo, oggetti grandi cadendo possono ferire oppure versi di animali predatori di solito hanno toni bassi. Una volta individuata la direzione e la dimensione della sorgente sonora si passa al riconoscimento del suono. Una persona che parla alle spalle può essere sia localizzata che riconosciuta senza la necessità di voltare la testa, sapere dove si trova qualcuno che può essere di aiuto è vantaggioso.
Imagining a group of people struggling with an animal or other people in confusion a sound must first be located to know where to turn its attention. Subsequently, the dimensions that are related to the type of danger are established, large falling objects can injure or the sounds of predatory animals usually have low tones. Once the direction and size of the sound source has been identified, the sound is recognized. A person who speaks behind can be both localized and recognized without having to turn their heads, knowing where someone who can help can be found is beneficial.

Ascoltare musica è meno pericoloso anche se alcuni riescono a farsi danni irreversibili all’udito utilizzando volumi troppo elevati. In generale l’ascolto della musica è piacevole soprattutto se l’udito non deve affaticarsi per localizzare, individuare le dimensioni delle sorgenti e riconoscere i suoni.
Listening to music is less dangerous even if some manage to do irreversible damage to their hearing by using too high volumes. In general, listening to music is pleasant especially if the hearing does not have to be tiring to locate, identify the dimensions of the sources and recognize the sounds.

Considerando l’inviluppo di una nota, la localizzazione è in relazione alla risposta ai transienti (attacco, decadimento e rilascio) mentre il riconoscimento è in relazione al mantenimento del tono assimilabile in prima approssimazione ad un regime stazionario.
Considering the envelope of a note, the localization is in relation to the transient response (attack, decay and release) while the recognition is related to the maintenance of the tone that can be assimilated in a first approximation to a steady state.

Nei diffusori MDD i transienti sono particolarmente nitidi per la totale assenza di superfici interne che possano generare riflessioni. L’emissione posteriore dell’altoparlante, primaria, è inviata direttamente nell’ambiente d’ascolto. L’emissione frontale dell’altoparlante percorre le guide d’onda, con l’interno liscio, e all’uscita per diffrazione genera le onde di emissione secondarie coerenti e ritardate. Per l’udito queste onde secondarie hanno lo stesso effetto che avrebbero pannelli acusticamente riflettenti posti a circa un metro dietro la sorgente.
In MDD loudspeakers the transients are particularly sharp due to the total absence of internal surfaces that can generate reflections. The rear emission of the primary loudspeaker is sent directly to the listening room. The frontal emission of the loudspeaker runs along the waveguides, with the inside smooth, and at the output by diffraction generates coherent and delayed secondary emission waves. For hearing these secondary waves have the same effect as they would have acoustically reflective panels placed about a meter behind the source.

Il riconoscimento dei toni deriva dall’analisi del loro spettro. Nei diffusori MDD il percorso di 1 - 2 metri delle onde secondarie all’interno delle guide d’onda ne ritarda l’emissione frontale di circa 3 - 6 millisecondi rispetto a quella posteriore. L’udito ha quindi ha disposizione un ulteriore intervallo di tempo in cui all’orecchio arrivano onde sonore coerenti con l’emissione primaria dell’altoparlante.
The recognition of tones derives from the analysis of their spectrum. In the MDD loudspeakers the path of 1 - 2 meters of the secondary waves inside the waveguides delays the frontal emission by about 3 - 6 milliseconds with respect to the rear one. The hearing therefore has an additional interval of time available in which the ear arrives sound waves consistent with the primary emission of the speaker.

Ritengo che l’analisi spettrale sia un processo sempre attivo ma che risulta mascherato da transienti di livello elevato prodotti in particolare a bassa frequenza. Il periodo di mascheramento può essere utilizzato per rilevare le dimensioni della sorgente sonora.
I believe that spectral analysis is a process that is always active but that is masked by high level transients produced in particular at low frequency. The masking period can be used to detect the size of the sound source.

Per realizzare un software per il riconoscimento dei suoni si può iniziare da un algoritmo in grado di analizzare lo spettro in tempo reale per riconoscere il timbro del suono in base alle armoniche contenute. Un algoritmo di questo tipo è adatto al funzionamento nella fase di mantenimento dell’inviluppo di un suono.
To create a sound recognition software you can start with an algorithm that can analyze the spectrum in real time to recognize the timbre of the sound based on the contained harmonics. An algorithm of this type is suitable for operation in the phase of maintaining the envelope of a sound.

L’attacco, il decadimento dell’inviluppo aumentano il livello sonoro e si può fare in modo che portino in saturazione l’analizzatore di spettro. Un secondo algoritmo può mettere in relazione la durata dalla saturazione con le dimensioni della sorgente sonora. Il rilascio dell’inviluppo arresterebbe anch’esso l’analizzatore di spettro per mancanza di segnale.
The attack, the decay of the envelope increase the sound level and you can make them bring the spectrum analyzer to saturation. A second algorithm can relate the duration from saturation to the size of the sound source. The release of the envelope would also stop the spectrum analyzer due to lack of signal.

Due microfoni di una testa artificiale collegati a una coppia di analizzatori di spettro permettono di misurare i ritardi relativi con cui attacco, decadimento e rilascio interrompono e/o riattivano l’analizzatore. Un terzo algoritmo elaborando i ritardi può fornire indicazioni per localizzare la sorgente.
Two microphones of an artificial head connected to a pair of spectrum analyzers allow to measure the relative delays with which attack, decay and release interrupt and / or reactivate the analyzer. A third algorithm processing delays can provide indications for locating the source.
 

 

DIFFUSORI OMNIDIREZIONALI MDD E AMBIENTE D’ASCOLTO
OMNIDIRECTIONAL MDD DIFFUSERS AND LISTENING ENVIRONMENT


Con la musica registrata si percepisce sempre il risultato dell’interazione della catena di riproduzione con l’ambiente d’ascolto, con un’acustica non adatta può suonare male anche lo strumento dal vivo.

With recorded music you always perceive the result of the interaction of the reproduction chain with the listening environment, with an inadequate acoustics the live instrument can also sound bad.

L’ascolto con i diffusori MDD può essere favorito o penalizzato dall’interazione con l’ambiente d’ascolto, in particolare l’emissione a 360 gradi delle alte frequenze è adatta anche in ambienti riflettenti non trattati acusticamente. L’emissione omnidirezionale redistribuisce l’energia delle alte frequenze, normalmente concentrata in un lobo frontale. In un ambiente con molto materiale acusticamente assorbente: tende, tappeti, scaffali di libreria aperti, ecc., si sono verificati livelli di riproduzione sugli alti ridotti. Anche in questo caso l’ascolto può risultare comunque gradevole per la presenza delle onde secondarie. La presenza di oggetti che possano funzionare da specchi acustici migliora la riproduzione. Si possono sistemare gli altoparlanti e la fine delle guida d’onda vicino a copertine di libri, ante di mobili, superfici vetrate, etc..

Listening with MDD speakers can be favored or penalized by interaction with the listening environment, in particular the 360-degree high frequency emission is also suitable for reflective environments that are not acoustically treated. The omnidirectional emission redistributes the energy of the high frequencies, normally concentrated in a frontal lobe. In an environment with a lot of acoustically absorbent material: curtains, carpets, open bookshelves, etc., reduced reproduction levels have occurred. Even in this case, listening may still be pleasant due to the presence of secondary waves. The presence of objects that can function as acoustic mirrors improves reproduction. You can place the speakers and the end of the wave guides near book covers, furniture doors, glass surfaces, etc.

Sui bassi si possono verificare situazioni sfavorevoli con effetto rimbombo o attenuazioni nella risposta legati alla geometria del locale, in questo caso va ricercato un migliore posizionamento dei diffusori.
On the basses, unfavorable situations may occur with a reverberation effect or attenuation in the response linked to the geometry of the room, in this case a better positioning of the diffusers is to be sought.