Vertical Line Array: una moda o attuale Stato dell arte nel Sound Reinforcement?

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1 ACUSTICA, PSICOACUSTICA, TECNOLOGIE AUDIO e DINTORNI di Guido Noselli - Outline Professional Audio Marzo 2004 Vertical Line Array: una moda o attuale Stato dell arte nel Sound Reinforcement? È da molto ormai che nel mondo del Sound Reinforcement, specialmente in quello d alto livello, non si parla altro che di Line Array.In particolar modo, all iniziare del 21 secolo, possiamo addirittura constatare senza incertezze, come lo Stato dell arte dei sistemi di sonorizzazione professionale sia stato conquistato da questa novità che, paradossalmente, fu introdotta all inizio del secolo appena trascorso, anzi prima, visto che si trova menzione dell impiego di sorgenti sonore verticali addirittura a far data dal 1891, W. von Siemens, Wiss. u. tech. Arbeiten, Berlin, ! La Fig.1 è riferita ad un modello di Line Array prodotto dalla Siemens certamente non proprio in quegli anni lontani, ma, probabilmente non molti anni dopo. Per cominciare è giusto ripercorrere brevemente le principali tappe evolutive del Vertical Line Array, dall origine, fin ove possibile, sino ai giorni nostri. Lo scopo è anche di evidenziare in cosa e se sono diversi, i moderni VLA rispetto ai loro progenitori. I primi scritti organici sull argomento li troviamo dal 1930 in avanti. È del 1930, infatti Directional Radiation of Sound di Wolfe, I. & Malter L. su JASA (Journal of Acoustic Society of America) Vol.2 - No. 2 pag. 201, probabilmente la prima referenza ancora rintracciabile. Fondamentale, organico ed esaustivo, dieci anni dopo, è il lavoro di Harry F. Olson, già nella prima edizione di Elements of Acoustical Engineering del 1940 e nella successiva edizione del Nell edizione del 1957 poi, il cui titolo divenne Acoustical Engineering, il lavoro viene dall Olson ulteriormente completato con numerosi paragrafi, tra i quali quello riguardante i principi fondamentali che stanno alla base delle attuali e future implementazioni di sistemi elettronici attivi per la regolazione della direttività ed il puntamento dei line array.

2 Dopo Olson trascorre un periodo lunghissimo, fino quasi ai giorni nostri, nel quale dal punto di vista dell analisi teorica di un sistema VLA (Vertical Line Array), nulla di nuovo emerge nella letteratura, mentre molti sono i costruttori che mettono in pratica la teoria progettando e commercializzando i modelli più diversi di Sound Columns adatti al cosiddetto rinforzo del suono. Per inciso Sound Columns fu per moltissimo tempo il nome commerciale utilizzato per indicare questo tipo di diffusore, anzi ancora oggi è una definizione molto utilizzata in tutto il mondo, da noi in Italia si dice Colonna o colonnina Sonora, anche se la nuova definizione, Line Array o Vertical Line Array sta prendendo piede, in particolar modo riferita a sistemi adatti alla sonorizzazione di grandi spazi. In questo lungo periodo, dicevo, appaiono anche numerosi articoli e pubblicazioni, alcune certamente interessanti come quella di P. Taylor, The Line-Source Loudspeaker and Its Applications, Vol. 44, No. 3 British Kinematography (J. Brit. Kinematograph Soc.) 1964, che descrivono con dovizia di particolari le realizzazioni pratiche di sistemi VLA da parte di diversi progettisti, alcuni anche molto famosi. Senza far torto a nessuno, per un informazione completa del mio lettore, cito di seguito in ordine di data crescente, alcuni tra quegli articoli che varrebbe la pena di leggere. Nel 1961 un progettista di nome William A. Dill presenta alla 13 convention dell AES Line Radiators for Sound Reinforcement and Public Address descrivendo la realizzazione pratica di due diversi tipi di VLA prodotti dalla EV, che impiegano gli stessi altoparlanti montati su un pannello piano, in un modello e su un pannello curvo nell altro, allo scopo di ottenere due dispersioni verticali diverse, 30 per il primo e 60 per il secondo. Secondo il progettista l impiego di due VLA diversi per dispersione verticale consente soluzioni più efficaci rispetto alle sempre diverse problematiche della sonorizzazione professionale. Nell immagine d epoca della fig.2 si nota la forma arcuata del modello a più ampia dispersione verticale. Fig. 2 Ricordo questi dettagli perché numerosi fabbricanti di moderni VLA adottano l analogo metodo di impiegare due modelli diversi per dispersione sia verticale sia orizzontale, per meglio adeguare la dispersione alle effettive esigenze. James F. Novak della Jensen Manufacturing Company, l anno successivo, 1962, presenta alla 14 convention AES, A Column Loudspeaker with Controlled Coverage Angle, in cui si descrive un VLA a due vie del tutto particolare che segna un altra tappa nel miglioramento qualitativo di questi sistemi e nell allargamento verso l alto della banda audio riprodotta. La tecnica in sostanza è di utilizzare due VLA in un solo cabinet, uno per le frequenze basse e medie fino a 2000 Hz e uno per le sole alte frequenze da 2000 Hz in su. Oltre a ciò ognuno degli altoparlanti, montati in linea verticale a comporre i due gruppi, è filtrato ulteriormente allo scopo di minimizzare i lobi secondari ed ottenere una figura d emissione angolare ben definita.

3 La Colonnina si chiamava Calstar. Riportiamo lo schema di principio e il disegno geometrico secondo i quali fu realizzata in quei tempi dalla Jensen. Fig. 4 David L. Klepper, insieme a Steele del M.I.T., presenta nella stessa convention un articolo, Constant Directional Characteristics from a Line Source Array in cui illustra un altra interessante realizzazione di VLA, che adotta la semplice ma efficace tecnica dell assorbimento progressivo delle alte frequenze dal centro dell array verso la periferia allo scopo di minimizzare i lobi secondari verticali dovuti ad interferenza e quindi migliorare notevolmente la qualità di riproduzione verso l alto del sistema. Anche di questa realizzazione riporto in Fig. 4 uno schema di principio della sezione che ben evidenzia il metodo adottato. Qualche anno dopo, nel 1970, un Consulente in Elettroacustica, Allan P. Smith, presenta un altro interessantissimo articolo nella 39 convention AES, dal titolo Three-Way Columnar Loudspeaker for Reinforcement of Performing Arts, nel quale descrive un sofisticato VLA a tre vie in multiamplificazione, capace di ottime prestazioni non soltanto nella gamma della voce.

4 In Europa nel frattempo molti erano i modelli di VLA in circolazione utilizzati generalmente per il rinforzo della voce e quasi tutti i grandi fabbricanti ne possedevano almeno un modello più o meno sofisticato. Oltre a Siemens, già ricordato, e Philips, voglio ricordare le realizzazioni di un Inglese illustre E.J. Jordan, che su Wireless World nel Marzo 1971, scriveva un interessante articolo dal titolo Multiple-array Loudspeaker System in cui descriveva how to use an assembly of small units to solve a baffling problem ; in sostanza un montaggio e filtraggio degli altoparlanti in un VLA tale da minimizzare i soliti indesiderati lobi secondari e da consentire di direzionarne l emissione principale secondo un angolo scelto in funzione del posizionamento utile a coprire l area da sonorizzare. Nella figura 6 sono riportati gli schemi di principio secondo con i quali è possibile ottenere tali risultati secondo il Jordan. Fig.6 Vale la pena anche di citare l articolo di un certo Tomas Salava, del Research Institute of Radiocommunications di Praga, presentato alla 2 AES Central Europe Convention di Monaco nel 1972, dal titolo Arrays of Discrete Sound Sources and/or Continuous Line-Radiators nel quale è descritto un sofisticato VLA a due vie composto da altoparlanti a radiazione diretta compensati in frequenza ed una tromba particolare con una lente acustica che ne aumenta la direttività. Nella figura 7 più sotto lo schema elettrico dimostra quanto sia sofisticato questo VLA del Fig. 7.

5 Nella 74 AES convention del 1983 David G. Meyer presenta un interessante lavoro, Digital Control of Loudspeaker Array Directivity, nel quale per la prima volta si applicano le tecniche digitali alla taratura di un VLA e si delineano i criteri per la costruzione di un sistema controllato digitalmente. Prima di questo lo stesso David Meyer, che non è il John Meyer della omonima fabbrica californiana di sistemi di sonorizzazione, aveva sviluppato un modello matematico che consentisse di simulare al computer le caratteristiche di dispersione tridimensionali di una qualsiasi ed arbitraria configurazione di singole sorgenti in array. Il lavoro di David Meyer ed i numerosi successivi, pur basati sulla teoria enunciata dall Olson quasi 30 anni prima, rappresentano una pietra miliare nello sviluppo dei VLA moderni. Un altro lavoro fondamentale che segna un ulteriore passo in avanti è svolto, all interno dell Audio Research Group dell Università di Waterloo in Canada, dai famosi ed omnipresenti Stanley P. Lipshitz e John Vanderkooy i quali presentano nell 81 AES convention del 1986 un articolo dal titolo The Acoustic Radiation of Line Sources of Finite Length, nel quale si affronta organicamente e compiutamente la simulazione di sistemi VLA di dimensioni date e di tipi diversi, sia in campo vicino sia in campo lontano. Questo lavoro mette in evidenza la contraddizione di utilizzare i VLA in campo vicino, quando essi posseggono, per loro intrinseca configurazione geometrica, una risposta omogenea solo nell estremo campo lontano. Nell articolo emerge anche che le metodologie sino ad allora (ma anche oggi la questione rimane) utilizzate per simulare la direttività dei sistemi di sonorizzazione tradizionali, basate sulla teoria delle sorgenti puntiformi, non sono applicabili semplicemente alla simulazione dei sistemi VLA in campo vicino. Dopo questo lavoro, per qualche anno sino ai primi anni 90 non appare sul mercato niente di così interessante da dover essere menzionato. I VLA comunque, come è accaduto sin dalla loro nascita, continuano ad essere prodotti e commercializzati in Europa, per un impiego quasi esclusivo di riproduzione del parlato ed in genere in ambienti riverberanti, ben più numerosi che in America, dove, invece, si impiegano le trombe a cosiddetta direttività costante per ogni tipo di sonorizzazione. Nessuno allora, all inizio degli anni 90, avrebbe mai pensato che dall Europa, dalla Francia in particolare, sarebbe scaturito un nuovo ed originale approccio all impiego dei VLA per il sound reinforcement di alto livello, sia dal punto di vista della pressione sonora, non più semplicemente adeguata alla riproduzione del parlato soprattutto in ambienti acusticamente difficili, ma adeguata addirittura a sonorizzare con livelli tipici dei concerti live vastissime aree all aperto, sia dal punto di vista della qualità di riproduzione di tutta la banda audio, incluse le alte frequenze, vera e sola carenza strutturale dei VLA di quei tempi. Il nuovo approccio dal punto di vista teorico fu individuato e dettagliamente illustrato dal punto di vista teorico in un articolo, presentato alla 92 AES convention del 1992, dal titolo Sound Fields Radiated by Multiple Sound Sources Arrays. Gli autori sono il Prof. Marcel Urban attuale direttore della ricerca al CNRS (Centro nazionale della Ricerca Scientifica in Francia), e Christian Heil, suo allievo nell università francese di Orsay a Parigi. Il loro lavoro, basato sulla felice intuizione di applicare all acustica, per analogia, l analisi fatta da Fresnel nell ottica, portò ad una maggiore comprensione dei fenomeni d interferenza connessi ai VLA, siano essi diritti o curvati, tanto da consentire l elencazione dei criteri di arrayability alla base del corretto disegno di un moderno sistema VLA. Questi concetti, certamente frutto di un lungo lavoro precedente, portarono Heil alla costruzione del primo VLA moderno per il Sound Reinforcement. Il suo lavoro dapprima snobbato ed osteggiato dall establishment (made in USA) della comunità audio internazionale, che non ne aveva capito o per ovvie ragioni commerciali fingeva di non capirne la portata, negli ultimi anni è stato la base per la modernizzazione dei sistemi di Sound Reinforcement in tutto il mondo. Finalmente l Europa, per oltre 50 anni egemonizzata dalla scuola americana, forte anche del solito miglior marketing del mondo, in tutte le tipologie di diffusori per grandi sistemi di sonorizzazione e Sound Reinforcement, grazie al lavoro di questi meritevoli ricercatori ha potuto e saputo svincolarsi da questo fardello, ponendosi alla pari con i dominatori di un tempo per innovazioni e realizzazioni, ormai numerosissime, in questo competitivo settore. PARTE VII Riprendiamo le simulazioni che possono chiarire il comportamento dei VLA moderni. Indipendentemente dai dettagli costruttivi, in ultima analisi, un sistema di sonorizzazione per uso professionale deve essere costruito allo scopo di fornire all audience presente sull area d ascolto la più omogenea possibile distribuzione del suono, sia dal punto di vista della timbrica, sia dal punto di vista del livello.

6 Questi due parametri, uno di natura qualitativa e l altro di natura quantitativa, rappresentano in realtà due facce della stessa medaglia, poiché se si ha una risposta in frequenza regolare ed omogenea su tutta l area sonorizzata, necessariamente il livello dovrà essere altrettanto omogeneo e regolare con variazioni progressive e contenute, a mano a mano che aumenta la distanza dal sistema di sonorizzazione. Ottenere, quindi, attraverso un simulatore acustico, una rappresentazione grafica a colori della distribuzione sonora sull area d ascolto è quanto di meglio si possa fare per valutare il comportamento reale di qualunque sistema di sonorizzazione, incluso quindi il VLA, che dichiaratamente nasce proprio per migliorare la copertura sonora dell audience in profondità, ma non solo come vedremo nel corso di questa serie d articoli, portandola a livelli qualitativi e quantitativi altrimenti non ottenibili con sistemi tradizionali. In realtà la simulazione non può essere reale o corrispondere effettivamente alla realtà misurabile, per ovvie e legittime ragioni, come quella che nel modello, per quanto ricercato sia difficilissimo (in pratica impossibile) tenere conto di tutte le variabili che nella situazione reale influenzano il risultato; la simulazione però, pur approssimando, a volte anche grossolanamente, una data realtà, potremmo affermare che è valida, poiché vive di una propria realtà che potrebbe benissimo esistere alla pari di qualsiasi altra. Insisto nel ricordare che la simulazione in quanto tale non è mai corrispondente alla realtà che l ha ispirata, non per problemi di calcolo o di natura matematica, ma semplicemente per la grandissima difficoltà di utilizzare un modello che riproduca esattamente quella stessa realtà: quindi la simulazione anche quando ben fatta deve essere interpretata come una forte tendenza. Inoltre nella valutazione che il simulatore citato ci consente di fare non rientra un informazione completa sul risultato complessivo raggiunto o raggiungibile, mancando nelle simulazioni, infatti, ogni tipo di indicazione sul comportamento dinamico del sistema, qualunque esso sia, poiché tale comportamento è condizionato da parametri come la distorsione soprattutto o ad esempio la capacità di restituire i transitori tipici del segnale musicale, ma anche dall affidabilità e dalla capacità di mantenere il più a lungo possibile durante l utilizzo le prestazioni iniziali in condizioni di bassa o in ogni modo contenuta power compression. Questi parametri come avviene per qualunque altro tipo di sistema non devono certo essere sottovalutati in un VLA, ma ha senso parlarne solamente quando si è potuto valutare il parametro distintivo rispetto a tutti gli altri sistemi di sonorizzazione, o meglio appurare che il comportamento della dispersione sul piano verticale segua i canoni fissati, anche perché tale comportamento è come vedremo condizionante per tutti gli altri. Credo, infatti, che debba cadere ogni considerazione successiva se già il tipo di sistema in valutazione non rispetti il primo requisito per soddisfare il quale è stato dichiaratamente progettato. Questa mia affermazione potrà sembrare a qualcuno incomprensibile, e per questo me ne scuso, ma essa deriva dal fatto che sul mercato sono presenti alcuni VLA che tali in realtà non sono perché ne hanno solo parzialmente il comportamento. Detto questo, non voglio affermare che tali prodotti non debbano essere commercializzati, acquistati ed utilizzati; il confine tra pregi e difetti è spesso molto labile in qualunque manufatto. Il risultato complessivo però sarà determinato dalle peculiarità costruttive di tali prodotti, oltre che dovuto al manico di chi li utilizza. Anche chi ha manico, inoltre, non può sovvertire le caratteristiche fisiche e quindi il comportamento acustico di un sistema; può soltanto, se è molto bravo e ha il tempo per farlo, minimizzare i difetti il più possibile sperando che la gente si accorga solo dei pregi ove ce ne siano. Per tornare ai grafici che seguono nelle prossime pagine vorrei rammentare in due parole che si riferiscono, come i precedenti, ancora al confronto tra VLA concepiti in modo diverso e dal comportamento diverso, aventi però in comune un cabinet con dimensioni verticali ed orizzontali molto simili, in modo che il confronto metta in luce soltanto le differenze acustiche oggettive, determinate dal tipo di componente utilizzato per riprodurre le alte frequenze. Infatti, le risposte in frequenza sono state normalizzate, mantenendo per comodità di rappresentazione grafica un livello di 88 db a 30 metri per un elemento in modo che la somma di quattro in asse con la dovuta coerenza di fase possa risultare 100 db, mentre si è mantenuta la caratteristica di direttività, insita nei balloon delle misure di ognuna delle tipologie d elementi, escluso ovviamente quella che riguarda l elemento omnidirezionale. Si riferiscono in questo caso ad un array di quattro elementi sovrapposti e non angolati reciprocamente, il cosiddetto Straight Array, mentre le condizioni di misura sono quelle che già ho rappresentato nello schema grafico di Fig. 2 del numero 51 della rivista. L area considerata sulla quale verrà visualizzato il livello SPL a terzi d ottava alle frequenze di centro banda di 4000 e 8000 Hz è un quadrato di 80 metri di lato. Un altro dettaglio da ricordare: i sistemi a confronto, formati da elementi omnidirezionale che chiamerò Omnisource, da elementi direttivi con tromba a direttività costante da 90 x 15 che chiamerò Horn Type Source, da elementi direttivi con doppia guida d onda parabolica D.P.R.W.G. 90 x 7.5 il cui nome è Butterfly Hi-Pack, sono filtrati a 800 Hertz con un High Pass Linkwitz-Riley del 4 ordine per focalizzare le differenze esclusivamente nella banda riprodotta dalla sezione alti di un tipico VLA. L introduzione del filtro, dopo la preventiva normalizzazione, provoca ovviamente anche una piccola perdita del livello che non può più raggiungere il livello normalizzato di 88 db in tutta la banda passante riprodotta, anche a frequenze apparentemente al di fuori della zona di taglio.

7 Nelle simulazioni non ho tenuto per niente conto, al fine di evitare possibili errori tra una simulazione e l altra, delle eventuali condizioni atmosferiche e dell assorbimento dell aria con la distanza anche se 30 metri possono avere un effetto drammatico alle alte frequenze. Quando nei prossimi articoli ci occuperemo di simulazioni più in aderenza a tipiche condizioni ambientali in cui si svolgono i concerti certamente terremo conto di questo importante fattore. Fig. 1A Fig. 1B Fig. 1C Pag.3 Premesso che nel commentare queste immagini parlerò di misure per semplificazione linguistica anziché di simulazioni di misure, osservando la figura 1B riferita a 4kHz si nota come in una ristretta fascia centrale del piano sul quale punta l array di 4 elementi si abbia una somma coerente delle emissioni: 99,9 db SPL (nessuna perdita rispetto al valore di

8 normalizzazione). Ancora più stretta è la fascia dove tale somma si verifica per gli 8 khz: 99,7 db, Fig. 1C (anche in questo caso nessuna perdita rispetto al valore di normalizzazione). Mentre per tutti gli altri punti intermedi misurati al di fuori delle zone di massima pressione colorate in rosso si notano grandi differenze con attenuazioni anche di 22 db SPL. Questo significa che tra i quattro elementi omnidirezionali si generano forti interferenze (i noti comb-filter) che è facile rilevare osservando le alterazioni della risposta in frequenza se si misura anche appena al di fuori dell asse d emissione. Nei grafici a terzi d ottave riportati qui sotto sono evidenti i risultati distruttivi delle interferenze per ogni posizione non in linea rispetto alla risposta in asse, che presenta, per quattro elementi, una somma quasi perfetta a tutte le frequenze, Fig. 1D (la somma al 100% perfetta alle alte frequenze è ovviamente impossibile poiché, per quanto distante 30 m, nel punto di misura non sono nulle le piccole differenze d arrivo delle emissioni dei quattro singoli elementi, con una conseguente leggera minor somma per diminuita coerenza di fase).

9 In tutti questi grafici, anche in quest ultimo nel quale si ha una somma favorevole alle frequenze di centro banda scelte per la valutazione 4 e 8 khz, appare evidente l effetto delle interferenze che è massimo, giacché ogni elemento nel VLA simulato ha risposta omnidirezionale e quindi fronte d onda omnidirezionale ed inoltre, essendo di circa 25 cm l interasse tra un elemento e l altro, corrispondente alla lunghezza d onda di 1375 Hz, non si ha somma coerente già a cominciare da circa metà di questa frequenza, 688 Hz, salendo verso le alte frequenze. In sostanza per tutta la banda delle frequenze riprodotte dalla sezione alti qui descritta si ha la somma coerente in un punto soltanto di misura; quello intercettato dall asse mediano del VLA di quattro elementi sovrapposti. Nella prossima puntata analizzeremo alcune misure eseguite su un VLA composto da elementi che impiegano la solita tromba a direttività costante della quale ho abbondantemente parlato in questi articoli, e poi le medesime misure nelle stesse condizioni riguardanti il VLA composto d elementi che impiegano la D.P.R.W.G. (Double Parabolic Reflective Wave Guide) del sistema Butterfly. PARTE X Everything should be made as simple as possible, but not simpler. Tutto dovrebbe essere fatto nel modo più semplice possibile, ma non più semplice.

10 Il VLA nasce per risolvere (il più possibile aggiungo, perché la perfezione non è di questo mondo), i grossi, irrisolvibili problemi d interferenza che affliggevano ed affliggono, allo stato attuale dell arte, il cosiddetto Point Source Array, un altra tipologia di sistemi di sonorizzazione ad alta potenza in piena auge per circa un decennio prima della comparsa dello stesso VLA. Lo scopo di un sistema di sonorizzazione professionale d alta potenza è sempre quello: sonorizzare spazi ampi in larghezza e profondi in lunghezza con la massima omogeneità di copertura e d alto livello sonoro tra la prima e l ultima fila dell audience come si richiede ad esempio in un concerto Live. Per fare questo, secondo l assunto, è necessario utilizzare più diffusori contemporaneamente, per questioni di potenza da un lato e per questioni di dispersione dall altro. Per anni a tale scopo si è affinata la tecnica del cosiddetto Point Source Array, che è stata portata alla sua massima evoluzione con l impiego di diffusori a banda intera, o quanto meno larga, strettamente accoppiati secondo angoli orizzontali definiti, in modo che, dalla somma degli angoli di dispersione dei singoli diffusori, si possa ottenere la dispersione orizzontale necessaria; ed ancora sovrapposti verticalmente, eventualmente tra loro angolati per ottenere anche la necessaria dispersione verticale. Per evitare il più possibile le inevitabili pesanti interferenze che in tali configurazioni si formano, si è fatto largo uso della tecnica di ritardare elettronicamente l emissione d ogni singolo diffusore nell array in modo da spostarne il centro acustico come proveniente da un unico punto dietro l array stesso (di qui la definizione di Point Source Array). Nonostante tutto questo è attualmente impossibile in un sistema così disposto eliminare del tutto le interferenze che si generano sul piano orizzontale, oltre che sul piano verticale, per il semplicissimo motivo che la dispersione in un diffusore, di qualsiasi tipo esso sia, varia in funzione della frequenza riprodotta e qualunque allineamento ottenuto elettronicamente ha effetto positivo solo per il punto di misura o d ascolto nel quale si è presa la misura stessa che ha determinato l entità dell allineamento per ciascun diffusore nell array. Quindi ammettendo che si possano accoppiare i diffusori angolandoli reciprocamente in modo che ad una data frequenza, o in una data porzione di frequenze, le emissioni si sommino perfettamente rispetto all ascoltatore o al microfono di misura, e quindi diano luogo ad una risposta angolare omogenea nell angolo somma degli angoli di dispersione d ogni diffusore nell array, a tutte le altre frequenze, o bande di frequenza e in tutte le altre posizioni d ascolto o di misura, tale somma non è più la stessa e quindi si ha un deterioramento progressivo della risposta. Questa infatti presenterà il classico andamento con filtraggio a pettine nel caso che i diffusori nell array abbiano caratteristiche omnidirezionali o un andamento irregolare, con picchi o buchi dovuti all interferenza tra le emissioni, nel caso siano utilizzati diffusori ben più direttivi in un ampia porzione di frequenze. Nei semplici esempi disegnati più sotto si può notare come le emissioni di singoli diffusori, per quanto questi siano bene angolati ed accoppiati, in qualunque tipo di configurazione si sovrappongano danno luogo ad interferenza. Quando c è sovrapposizione delle emissioni che riproducono lo stesso programma, la loro somma priva d interferenze si potrà avere solo in tutti i punti che giacciono sull asse del microfono di misura utilizzato per l allineamento temporale del sistema di sonorizzazione: per qualsiasi altro punto l allineamento non avrà più valore ed emergeranno quindi le ineluttabili deleterie interferenze. In un VLA, invece, il problema principale di qualunque altro tipo d array o cluster di diffusori viene completamente a mancare; non ci sono diffusori affiancati per ottenere una determinata dispersione orizzontale qualunque sia la dispersione verticale ottenuta angolando tra loro gli elementi singoli verticalmente sovrapposti. Fig. 2 Questa è la ragione principale per cui i VLA sono diventati ormai lo standard nella maggior parte degli eventi e si sono imposti dal basso per richiesta degli acquirenti, anziché dall alto del marketing come per decenni è accaduto con i Point Source Array. Infatti, un sistema con dispersione consistente (senza interferenze) sul piano orizzontale risolve di per sè la maggior parte delle cause tecniche di un risultato non buono, per non dire spesso disastroso, legato alle oggettive difficoltà d allineamento di quelli che impiegano numerosi diffusori accostati ed accoppiati; e se qualcuno pensa di ottenere migliori risultati per ampliare la dispersione sul piano orizzontale, affiancando interi VLA tra quelli attualmente sul mercato,

11 ricade inevitabilmente nello stesso problema d interferenza, ottenendo risultati altrettanto cattivi anche se in porzioni di spazio meno numerose, essendo minori numericamente le sovrapposizioni. Fig. 3 Questo non significa che basti un VLA in senso lato per annullare le differenze qualitative che esistono, e sono grandissime, tra sistema e sistema di sonorizzazione, essendo legate alla qualità costruttiva, alla geometria del singolo elemento, alla qualità e alla tipologia dei componenti attivi impiegati, alle elettroniche di pilotaggio e, perché no, alla bravura del conduttore del sistema, che deve conoscere veramente il suo mestiere e saperne trarre il meglio. È corretto affermare però che un sistema VLA a parità di tutte le condizioni elencate rispetto ad un sistema tradizionale Point Source Array, ha una marcia in più. Accantonata questa mia affermazione che, sono sicuro, dopo 10 articoli sull argomento, chiarirà una volta per tutte le ragioni del successo dei moderni VLA, anche di quelli che magari non ne hanno tutti i titoli ma che vivono di luce riflessa, vediamo cosa è rimasto di problematico ed ancora da risolvere nel loro funzionamento. Devo ricordare ancora che lo scopo di montare molti elementi diffusori strettamente accoppiati e progettati in modo corretto è semplicemente quello di ottenere risultati di direttività e dispersione paragonabili a quelli che si ottengono da un singolo diffusore (che per ora sembra proprio non poter esistere di prestazioni sufficienti; si pensi alle potenze in gioco) che abbia la medesima dispersione orizzontale e la stessa dispersione verticale, corrispondente alla dispersione verticale totale ottenuta con il VLA, nonostante la complicazione che, per quest ultimo, la dispersione deve poter essere variata discrezionalmente dall utente del sistema di sonorizzazione, possibilmente senza introduzione di degrado nel risultato. Questa complicazione non è per niente banale, come chiunque è in grado di capire, e sostanzialmente di fatto è il problema ancora non risolto che penalizza il funzionamento di ogni VLA, specialmente se, come la tendenza dimostra, questo sistema di sonorizzazione è impiegato, molto spesso senza una visione chiara da parte di chi lo setta, per proiettare il suono sia in campo vicino sia in campo lontano: due esigenze legittime per l utente, il quale ne apprezza la grande semplificazione offerta dall installazione del sistema a tale scopo una bella figura di J ed il lavoro è fatto! Purtroppo non è così perché tali esigenze sono assolutamente opposte dal punto di vista del risultato acustico ottenibile per un tipo di sistema come questo che è per ragioni fisiche adatto, l ho ricordato più volte, per proiettare il suono omogeneamente e coerentemente nel solo campo lontano, dove le differenze di arrivo tra le emissioni dei singoli elementi che formano il VLA diventano ben poca cosa, essendo grandi le distanze e riducendosi così fortemente il cosiddetto errore di parallasse. Per affrontare al meglio la complicazione di utilizzare proficuamente con qualità accettabile il VLA anche in campo vicino, almeno entro un limite ragionevole, come ho già anticipato all inizio dell articolo, è importante la possibilità di variare gli angoli verticali reciproci tra elementi in misura che dovrebbe essere molto più fine di quanto uno possa immaginare, avendo a disposizione un adeguato sistema meccanico di sospensione. Questa peculiarità, infatti, aiuta molto a minimizzare i problemi che ancora in un VLA sono connessi con la dispersione verticale, per l insorgenza di interferenze tra gli elementi, mai del tutto evitabile anche per modelli allo stato dell arte; dispersione che, proprio per tale ragione, non è all altezza qualitativa di quella orizzontale, dove, abbiamo visto, nessuna interferenza sostanziale può penalizzare il risultato. Infatti, la possibilità di settare piccoli o piccolissimi angoli di apertura tra gli elementi è in realtà molto più utile in campo vicino, contrariamente a quanto qualcuno crede o afferma, pensando che la necessità di settare un VLA con angoli molto piccoli sarebbe legata al fatto che, in distanza, una piccola differenza angolare permetterebbe di distribuire più omogeneamente il suono sull audience nel senso della profondità. La ragione è semplicissima: a distanze elevate c è già una ottima omogeneità di risposta per la minime differenze di tempi d arrivo, inoltre una differenza di puntamento dell asse degli elementi rispetto all audience si traduce in un fuori asse assolutamente minimo rispetto all elemento il cui asse appare non precisamente direzionato nel punto di ascolto o di misura, tale da non influenzare affatto la somma di tutte le bande di frequenze che comunque si sommano in un VLA a quella distanza. Quindi anche un grado di errore nel puntamento non provoca differenze apprezzabili nella risposta in campo lontano (solo graficamente può apparire l errore per la divaricazione maggiore degli assi di puntamento, ma, entro i limiti descritti, acusticamente l effetto è trascurabile), mentre in campo vicino anche 1/10 di grado può provocare differenze di risposta ben udibili. Per poter gestire questo tipo di regolazione fine tra un elemento e l altro è indispensabile però utilizzare un software di simulazione vero e proprio che tenga conto degli sfasamenti (complex summation) e che possa mappare a colori il livello sonoro con grande precisione a tutte le frequenze sull area di ascolto considerata e non un semplice software di puntamento, del quale per le ragioni, ormai spiegate più volte, sono dotati i VLA meno sofisticati, anche se molto spesso inopinatamente costosi. Ma questo lo vedremo più avanti negli esempi realizzati con VIP, il software di puntamento e simulazione, già utilizzato per gli articoli precedenti, che può gestire l angolazione reciproca degli elementi di Butterfly (per ovvie ragioni è il solo sistema che io possa usare per dare dimostrazione di quanto sopra) con step minimi di 1/8 di grado (0,125 ), avendo il sistema una meccanica di sospensione che lo consente e può mappare la riposta sulla mesh dell area considerata, rilevando il livello SPL a tutti i terzi di ottava con una risoluzione anche di 10 cm2 di area.

12 Per dare la massima continuità al confronto tra i grafici, e quindi alla loro comprensione per il lettore, riprenderemo una configurazione già usata nello scorso articolo, con la risposta, al solito, normalizzata per evidenziare i soli risultati dipendenti dalla intrinseca direttività del sistema e dal suo possibile settaggio meccanico (ricordo che normalizzare significa correggere la risposta del singolo elemento per ottenere un livello identico in tutta la banda audio, senza alcuna equalizzazione o preenfasi di compensazione delle alte frequenze, mantenendo intatte le caratteristiche direzionali ottenute dalle misure tridimensionali, Ballon ). Noteremo quindi che Il VLA mostra, alle alte frequenze di cui parliamo, una perdita progressiva di livello con la distanza, in realtà non dovuta all assorbimento dell aria, con le sue caratteristiche che variano secondo la pressione atmosferica, la temperatura e l umidità, che nel calcolo abbiamo per ora escluso ma che evidenzieremo in uno dei grafici successivi perché tutti se ne rendano conto; perdita invece legata in misura progressivamente più grande in dipendenza dalla quantità di elementi utilizzati. Fig. 4 Più numerosi infatti saranno questi e maggiore sarà l enfatizzazione delle frequenze medio basse e basse dovuta all ottimo coupling tra le emissioni che si determina a tali frequenze, a tal punto buono che, pur essendo le emissioni assoggettate alle regole del decadimento in campo lontano con la caduta di 6 dbspl al raddoppio della distanza, il loro livello farà sembrare molto più attenuate le frequenze via via più alte nonostante decadano solo di 3 dbspl con il raddoppio della distanza per l effetto array, ma che, non usufruendo del coupling tra gli elementi perché volutamente progettati per avere la direttività necessaria ad evitare le deleterie interferenze tra i dispositivi che emettono le alte frequenze, subiranno una attenuazione di livello molto evidente, che aumenterà ulteriormente per la grande attenuazione dovuta all assorbimento dell aria. Per questa ragione nei settaggi dei VLA si possono trovare preenfasi con filtri Hi-Shelving in salita anche di 18 db da 2000 Hz in avanti. Questo comportamento intrinseco al sistema porta inevitabilmente ad uno sbilanciamento tonale sull area d ascolto, cioè ad un eccesso di bassi e medio bassi in campo vicino, accompagnato ad una mancanza di bassi e di alti in campo lontano; in sostanza la più grande limitazione che ancora permane in un VLA di qualsiasi livello qualitativo (con le dovute differenze ovviamente tra un sistema non ben progettato che, oltre allo sbilanciamento tonale, presenta anche forti interferenze ed un sistema invece, ben progettato, che soggiace al solo inevitabile sbilanciamento tonale), non facilmente o in minima misura superabile, specialmente, ripeto, se non si hanno a disposizione meccaniche di puntamento adeguate e soprattutto un software di simulazione capace di mostrare i risultati del settaggio sull audience con chiarezza e sufficiente precisione da renderne edotto chi sta lavorando con il sistema e può dunque intervenire con cognizione di causa. Il VLA di 8 Hi-Pack CDH 483 Butterfly per queste simulazioni è settato a larga banda con un semplice hi pass a 60 Hz Butterworth del 4 ordine che lo protegge anche nella realtà, quando viene utilizzato in questa configurazione di soli Hi- Pack, da frequenze che potrebbero distruggere gli 8 della sezione bassi. Fig. 4-2kHz Simulazione per il terzo d ottava di 2kH z Fig. 5-4kHz Simulazione per il terzo d ottava di 4kHz Fig. 6-8kHz

13 Simulazione per il terzo d ottava di 8kHz In queste prime immagini riportiamo le simulazioni effettuate, nelle solite bande di khz, con 8 Butterfly normalizzati, sulla stessa area e con la stessa solita configurazione verticale come si può notare dalla posizione degli assi che intercettano il piano d ascolto segnalandolo con un pallino colorato. Cambia ovviamente il livello rispetto alle precedenti simulazioni che ho preferito impostare diversamente per evitare confusione e che comunque è dato da una risposta del sistema a larga banda, senza il filtraggio a 800 Hz, poiché questo nelle comparazioni precedenti serviva ad evidenziare la sola risposta alle frequenze medio alte. Dalle immagini è importante capire che la omogeneità di risposta è assolutamente paragonabile a quella delle simulazioni precedenti. Questo fatto, ovviamente, non è una sorpresa, essendo il sistema lo stesso ed eguali tutte le condizioni di contorno. Se era omogeneo prima da 800 Hz in avanti, lo è ovviamente anche da 60 Hz in avanti poiché, come sappiamo, la somma alle frequenze via via più basse non presenta alcun problema per i sistemi VLA che siano progettati secondo la teoria più volte citata. Quello che ci interessa ora è verificare le differenze d equilibrio tonale tra campo vicino e campo lontano con il settaggio meccanico grossolano ottenuto per via delle limitazioni imposte dallo step di regolazione minimo di 1, e poi confrontare i risultati con quelli ottenibili avendo a disposizione regolazioni angolari più fini. In sostanza dobbiamo valutare se una regolazione più fine degli angoli tra un elemento e l altro consenta di ottenere una risposta ancora più omogenea di quella che si ottiene in queste prime condizioni, e soprattutto che tale risposta sia anche molto simile come bilanciamento tonale per tutta la banda audio, sia nelle misure più vicino al sistema, sia in quelle più lontane. Per fare questo vedremo alcune risposte a terzi di ottava misurandole in questa situazione a distanze precise di riferimento in metri e non più prese dove puntano gli assi dei vari elementi del sistema perché, ovviamente, una volta impiegati per la regolazione angoli molto più fini, anche fino ad 1/8 di grado, gli assi dei singoli elementi, fermo restando il resto, colpiranno l area in punti ben diversi e quindi non potranno più essere riferiti alle posizioni di puntamento di questo primo settaggio con 1 di step minimo. Per fare questo tracciamo con VIP riferimenti a misure ben precise, in modo tale che quando andremo a leggere le risposte a terzi di ottave nelle diverse condizioni di puntamento, indipendentemente dalla posizione di intercettazione degli assi sull audience, potremo sempre ritrovare facilmente con la sonda virtuale gli stessi punti di lettura sia del valore SPL sia della risposta a terzi d ottava. Dividiamo l area in spezzoni di metri per ottenere ancora 50 metri di profondità e manteniamo in posizione il VLA con le stesse angolazioni e quindi con gli assi di puntamento identici a quelli nelle immagini qui sopra. Ho deciso di rappresentare la copertura della banda di 1kHz anziché 2 khz perché tale banda è la mediana della banda passante totale che più interessa per la nostra valutazione 100Hz 10kHz. Sarà facile infatti per chi legge i grafici a terzi di ottava confrontare i livelli a 100Hz, 1kHz e 10kHz ed individuare le differenze di equilibrio tonale nelle varie simulazioni. Fig. 7-1kHz Step. Min. 1

14 Simulazione per il terzo d ottava di 1kHz e vari livelli SPL. Nella Fig. 7 si possono notare evidenti le righe che attraversano lateralmente l area d ascolto e la dividono secondo quanto indicato. Esattamente all intersezione di queste divisioni con la riga longitudinale formata dalla proiezione in pianta degli assi degli elementi del sistema VLA, sono stati presi i livelli SPL a 1kHz, e questi stessi saranno i riferimenti che troverete per la stessa frequenza nelle risposte a terzi d ottava prese nelle stesse posizioni, prima in una e poi nella seconda delle due configurazioni a confronto, settate secondo diversa modalità, che la diversa risoluzione adottata per gli angoli scelti tra gli elementi consente. La differenza trovata nelle risposte ci dirà inequivocabilmente quanto possa essere vantaggioso l utilizzo nel settaggio di un VLA di angoli anche molto picccoli. Fig. 8 Vista del laterale del VLA di 8 elementi puntato sull area di Fig. 7 - Questa immagine è esattamente la ripetizione di quella apparsa nel numero 54 della rivista. Viene qui riportata per verificare le angolazioni tra gli elementi che producono le simulazioni qui sopra e le 6 risposte a terzi di ottava che vedremo più avanti, riferite alle posizioni di metri Si notino nella figura i gradi posteriori risultanti tra un elemento e l altro per ottenere il puntamento migliore possibile sull area, per aree eguali e distanze eguali tra un elemento e l altro nessuno di questi presenta step inferiori a 1 grado. Fig. 9 RTA 1kHz SPL 117,3 Step Min 1-5 metri

15 F9-Deviazione 100Hz 10kHz riferita ad 1kHz = +18,2 db 3,2 db (deviazione media +/- 10,7 db) Fig. 10 RTA 1kHz SPL 119,9 Step Min 1-10 metri F10-Deviazione 100Hz 10kHz riferita ad 1kHz = +12,3 db 8,9 db (deviazione media +/- 10,6 db) Fig. 11 RTA 1kHz SPL 120,2 Step Min 1-20 metri F11-Deviazione 100Hz 10kHz riferita ad 1kHz = +6,8 db 12,1 db (deviazione media +/- 9,45 db)

16 Fig. 12 RTA 1kHz SPL 116,9 Step Min 1-30 metri F12-Deviazione 100Hz 10kHz riferita ad 1kHz = +6,7 db 10,5 db (deviazione media +/- 8,25 db) Fig. 13 RTA 1kHz SPL 113,2 Step Min 1-40 metri F13-Deviazione 100Hz 10kHz riferita ad 1kHz = +7,9 db 4,7 db (deviazione media +/- 6,3 db) Fig. 14 RTA 1kHz SPL 111,6 Step Min 1-45 metri

17 F14-Deviazione 100Hz 10kHz riferita ad 1kHz = +8,5 db 5,3 db (deviazione media +/- 6,9 db In tutte queste risposte, mancanti dell effetto d assorbimento dell aria e senza alcuna equalizzazione o preenfasi, riferite ai punti di misura in ciascuna immagine richiamati, provenienti dunque dalla somma/interferenza delle risposte normalizzate di tutti gli elementi angolati come in Fig. 8 e posizionati rispetto all audience come in Fig. 7, possiamo notare che l omogeneità migliora decisamente nelle misure più lontane, 40 e 45 metri, nelle quali appare evidente l assenza quasi totale di interferenze in qualunque banda di frequenza, comprese le alte. La risposta ha una pendenza dolce e progressiva dalle frequenze basse alle alte per via del fatto, gia spiegato, che un ottimo coupling enfatizza le stesse basse frequenze, elevandosi inoltre il livello sonoro per la riduzione di distanza, mentre c è l assenza di coupling verso le alte e quindi cresce sempre di meno il livello sonoro per effetto array mano a mano che la frequenza sale e meglio funziona il controllo di direttività della guida d onda dedicata. È proprio grazie a questo controllo che le interferenze non sono tali né da vedersi né da essere apprezzate a queste distanze. Mentre, se guardiamo alle misure più vicine sino alla distanza di 20 metri, noteremo che le frequenze medio basse ed i bassi crescono di livello decisamente per il coupling tra gli elementi e molto per l ulteriore riduzione della distanza dall array (vale la regola del quadrato inverso più che quella della sorgente cilindrica che in questo caso per le dimensioni verticali contenute del VLA, solo 2 metri, ha effetto solo alle frequenze medie ed alte), mentre alle alte frequenze il coupling è nullo o quasi ed anzi si vedono chiaramente gli effetti d interferenza per l aumentato errore di parallasse a quelle distanze di misura. La misura a 30 metri tra tutte, a mio avviso, in questo caso specifico, appare come la distanza di transizione tra i due diversi comportamenti del VLA. Si nota chiaramente una perdita di omogeneità nella risposta (quella che in inglese si dice Smoothing ) sempre più accentuata nelle misure prese vicino al VLA. Per capire l entità delle differenze rispetto al bilanciamento tonale, presente prima di introdurre l effetto dell assorbimento dell aria e quindi avere un risultato complessivo di risposta sul quale ognuno possa decidere la propria personale equalizzazione, senza preoccuparci delle interferenze che appaiono molto più evidenti e comprensibili, sotto ad ogni risposta a terzi di ottava ho aggiunto una didascalia con i valori di differenza di livello rilevati a 100Hz e 10kHz rispetto al livello di 1kHz presente nella stessa misura, nonché ho evidenziato anche la variazione media tra i livelli stessi. In questo modo sarà facile valutare numericamente l entità della deviazione su tutta la banda audio interessata, che, più è contenuta, più indica un migliore bilanciamento tonale sull area sonorizzata. Questo consentirà semplici ed immediati confronti con le misure prese successivamente all impiego di angoli più fini nel settaggio, come di qui in avanti avremo modo di verificare. Fig. 15-1kHz - Step. Min. 0,125

18 Simulazione per il terzo d ottava di 1kHz e vari livelli SPL. Nella Fig. 15 appare la simulazione gia vista in Fig. 7 ma effettuata con l impiego della massima risoluzione angolare della meccanica di sospensione di Butterfly, 0,125 di step minimo. Fig Vista del laterale del VLA di 8 elementi puntato sull area di Fig. 15 Come potete vedere gli angoli scelti per il miglior puntamento del VLA sono completamente diversi da quelli di Fig. 8 ed il loro valore è determinato da uno step minimo di solo 1/8 di grado, 0,125 anziché 1 grado. Questo tipo di settaggio, molto più fine dal punto di vista meccanico, quando può essere ben utilizzato per la presenza di un software di simulazione vero e proprio, del tipo capace di utilizzare le misure reali del sistema che sono basate sulla misura del ballon in complex summation, può dare risultati finali più corretti di quelli ottenuti con angoli di settaggio più grossolani. Il condizionale è d obbligo, come sempre per tutte le questioni acustiche, perché come spero tutti abbiano capito, il solito manico, cioè il fattore umano, è una componente determinante per qualunque risultato positivo o negativo.

19 Certamente uno strumento sofisticato può apparire ai più non semplice da usare e richiede un utilizzatore sofisticato perché possa essere sfruttato al meglio. Ma, del resto, se non si hanno a disposizione strumenti sofisticati non è possibile testare limiti e possibilità all unico scopo di progredire. Detto questo, veniamo alle misure da confrontare con le precedenti. Fig. 17 RTA 1kHz SPL 123,1 Step Min 0,125-5 metri F17-Deviazione 100Hz 10kHz riferita ad 1kHz = +14 db 7,1 db (deviazione media +/- 10,55 db) Fig. 18 RTA 1kHz SPL 121,3 Step Min 0, metri F18-Deviazione 100Hz 10kHz riferita ad 1kHz = +10,9 db 6,5 db (deviazione media +/- 8,7 db) Fig. 19 RTA 1kHz SPL 118,6 Step Min 0, metri

20 F19-Deviazione 100Hz 10kHz riferita ad 1kHz = +9 db 7 db (deviazione media +/- 8 db) Fig. 20 RTA 1kHz SPL 116 Step Min 0, metri F20-Deviazione 100Hz 10kHz riferita ad 1kHz = +8,3 db 8,7dB (deviazione media +/- 8,5 db) Fig. 21 RTA 1kHz SPL 113,1 Step Min 0, metri

21 F21-Deviazione 100Hz 10kHz riferita ad 1kHz = +8,7 db 5,4 db (deviazione media +/- 7,05 db) Fig. 22 RTA 1kHz SPL 111,4 Step Min 0, metri F22-Deviazione 100Hz 10kHz riferita ad 1kHz = +9,4 db 5,5 db (deviazione media +/- 7,45 db) Osservando le simulazioni riportate a cominciare dalla Fig. 15 possiamo notare che le prestazioni del sistema VLA settato con gli angoli più fini, non sono stravolte rispetto a quelle che abbiamo visto precedentemente. Dobbiamo ricordare che il sistema è lo stesso in entrambe le serie di simulazioni e quindi non potrebbe essere diversamente. Tuttavia all occhio attento non sarà sfuggito un dettaglio rilevante; la maggiore evidente omogeneità di tutte le risposte tra loro già a cominciare dalle misure a 5 e 10 metri dal VLA dove, appare palese il salto di qualità subìto dall equilibrio tonale del sistema (il bilanciamento tra le bande di frequenza). Infatti se si va anche a guardare alla deviazione calcolata per ogni curva RTA, indipendentemente dalla sua entità numerica, che non è molto diversa da quella delle curve della simulazione precedente (dalla Fig. 9 alla 14), si può notare come sia molto più simile nel valore curva per curva (dalla Fig. 17 alla 22). In altre parole la deviazione di tutte le curve RTA risulta essere più contenuta di prima. Questo è un fatto che può diventare risolutivo dal punto di vista del risultato; infatti a curve tanto omogenee sarà più facile applicare l equalizzazione desiderata che avrà effetto molto simile su tutta l area d ascolto. Ecco una prova dell importanza di un settaggio fine degli angoli! Ci sarebbe ancora molto da dire sui moderni sistemi VLA, soprattutto sul loro impiego pratico in circostanze le più diverse, tralasciando magari tanti aspetti meramente teorici che hanno animato la discussione internazionale e generale sul questa tipologia d impianto, a volte facendo dimenticare che le formule e le teorie devono sempre essere seconde al risultato acustico ottenibile in riferimento alla necessità della sonorizzazione professionale. L Orecchio è il Giudice Ultimo!