Misure, equalizzazione ed acustica ambientale

[Michele Spinolo]

Allora quello che riporto di seguito è quanto sto facendo (e farò visto che ci sono in mezzo) per migliorare la sala d'ascolto.
Gli approcci che seguo sono sia di controllo attivo (quindi con equalizzatori elettronici tipo behringer o altro) e di controllo passivo (quindi pannelli fono-assorbenti, ecc...).

Il primo problema che mi sono posto è stato quello di mettere assieme una catena di misure decente, che mi permettesse di fare rilevamenti dell'acustica della stanza con una qualche sicurezza.

Per questo mi sono organizzato nel seguente modo:

-PC come generatore/registratore di segnali attraverso in/out digitali (32bit/48Khz), usando CoolEdit e Aurora come registratore/riproduttore e generatore di segnali.

-Rotel RSP-1098 con funzione di DAC (come sorgente appunto il PC) e di pre-amplificatore (settato in PCM 2CH, sub off, front large)

-Rotel RB-991 come finale di potenza per pilotare i diffusori

-Behringer DEQ2496 impostato in flat e bypassando tutte le sezioni di elaborazione come ADC, sincronizzato tramite input s/pdif ottico al RSP-1098

-Microfono calibrato IBF con relativo pre-amplificatore collegato al behringer DEQ2496

Ho poi chiuso il loop collegando l'uscita digitale del behringer all'ingresso digitale del PC.

Tutto questo sfruttando uno dei due canali della catena, mentre l'altro l'ho chiuso in loop (uscita analogica Rotel RSP-1098 collegate direttamente all'ingresso analogico del DEQ2496).
Il loop mi è stato necessario per trovare la corretta configurazione delle varie elettroniche, e controllare l'accuratezza della parte elettronica della mia catena.

Il riferimento è questo:



ossia un impulso di Dirac che rappresenta il sistema perfetto.
Qui è possibile scaricare il file di CoolEdit (.pcm , 48000HZ, 32bit 16.8 mono) se ci si vuole giocare un po'.

L'idea è avvicinarsi il più possibile a questo riferimento (ovviamente si avranno delle limitazioni in frequenza a seconda del segnale test utilizzato, ma di questo parleremo dopo).
Questo è quanto sono riuscito ad ottenere:



ossia un impulso molto molto simile ad un impulso di Dirac ma invertito.
Il fatto che sia invertito non è di per sè un grosso problema: non so se sia udibile o meno la differenza fra un impulso del genere invertito o non (mi dicono di no), comunque si vedrà come tenerne conto.
Essendo una distorsione lineare, infatti, questa può benissimo venir corretta.
Di confortante c'è lo spettrogramma dell'impulso:


che con una scala che parte da -160db mostra del rumore che si attesta fra i -160 e -140db, dovuto probabilmente a qualche interferenza video.

Qui a confronto lo spettro di un impulso di Dirac:



Interessante anche lo spettrogramma dello sweep (10-21000Hz) misurato in loop dove è meglio visibile il rumore, qui la scala parte da -150db:



E qui torna in gioco il discorso della limitazione in frequenza: lo sweep per fare la misura, infatti, è uno sweep logaritmico normalizzato a circa -30db da 10Hz a 21000Hz, quindi è ovvio che l'impulso del sistema che si viene ad ottenere (tramite la convoluzione con l'inverso dello sweep) è limitato in frequenza, al contrario dell'impulso di Dirac ideale che contempla tutte le frequenze (quello sopra arriva sino a 24000Hz essendo il campionamento a 48000Hz).

Per quanto riguarda il fatto che l'impulso misurato attraverso la mia catena sia invertito, se ne può tenere conto utilizzando il programmino lsconv, distribuito assieme a DRC e liberamente scaricabile qui.
Questa utility permette di fare la convoluzione fra uno sweep misurato, lo sweep inverso (in maniera da ottenere la risposta all'impulso) e uno sweep "reference".
Quindi utilizzato come reference lo sweep registrato attraverso il loop, e come sweep misurato quello ottenuto col microfono sul vostro sistema si riescono ad annullare tutti i vari errori dovuti alla catena (a patto che questi errori siano lineari).

Questo è quanto ottengo utilizzando lsconv con lo stesso sweep misurato in loop come sweep misurato e come reference:



e questo è lo spettrogramma con scala a -190db:



qui il rumore è praticamente inesistente, infatti usando lo stesso sweep sia come misurato che come reference lsconv riesce a pulire anche del rumore, cosa che, ovviamente, nella pratica non succede (o almeno non così efficaciemente).

Per capire meglio come funziona lsconv si può leggere l'apposita sezione nel readme di DRC allegato al file linkato poco sopra, per come usare CoolEdit e Aurora per fare questa misure, invece, utilissima questa guida a DRC , dove nella prima parte viene spiegata la procedura per come fare le misure.

Queste poi possono venire lette più comodamente in questa maniera:

-Si scarica la versione demo di ETF
-si riporta l'impulso della misura fatta a 44.1khz (es con CoolEdit)
-si scarica questo file
-si prendono 140000 samples dell'impulso misurato, centrando il picco dell'impulso al sample 2205 e si sostituiscono ai primi 140000 samples del file ETF sopra linkato
-si rigenerano le misure di ETF et voilà! si ha risposta in frequenza, fase, ecc...

[Michele Spinolo]

Questa per esempio è la misura dei primi 20ms circa dell'impulso del mio sistema (non ricordo quale canale , penso il sinistro però):



dopo che è passato attraverso lsconv: la misura non è perfetta perchè in questa fase non si è tenuto conto delle non linearità del microfono attraverso il suo file di calibrazione, ma per delle misure di massima non è un problema.
In seguito se ne terrà ovviamente conto.
Da notare sono le riflessioni (i picchi dopo il picco principale) che sono molto vicine all'impulso principale e andrebbero in un qualche modo smorzate.

Allora una volta messa assieme la mia brava catena di misura e fatto qualche misura di test per vedere se venisse fuori qualcosa di "fisico" e non ci fossero madornali errori sono passato a fare qualche misura per me utile.

Quello che voglio fare e che sto ancora facendo (purtroppo per diversi problemi le cose vanno a rilento) è riuscire ad avere un ambiente decente che mi permetta di utilizzare con successo gli algoritmi di equalizzazione in fase-ampiezza che DRC offre.
Ora DRC corregge con maggiore efficacia le riflessioni a bassa frequenza: ossia al diminuire della frequenza è sempre migliore il controllo che si riesce ad ottenere nel dominio del tempo.
Mano a mano che si sale di frequenza, invece, si hanno maggiori problemi a far questo: fortunatamente interventi classici di correzione dell'ambiente ad alta frequenza sono molto meno invasivi (leggi non servono pannelli spessi mezzo metro) e anche un tappeto, una tenda o un pannello sottile possono bastare.

Detto questo quello che voglio fare, quindi, è preparare l'ambiente per far lavorare DRC al meglio.

Sono partito dal canale destro (che è tuttora in fase di setup):



questa è la risposta all'impulso del mio canale destro, dove col pallino rosso ho indicato le riflessioni indesiderate e quindi da eliminare, mentre col pallino giallo quelle accettabili, sia perchè più distanti dall'impulso principale, sia perchè di ampiezza minore.
Ovviamente se alla fine dei giochi risultassero deleterie cercherò di levare anche quelle.



qui lo stesso impulso così come lo visualizza ETF, sempre i primi 10ms circa come sopra, portati nel file ETF col "giochino" descritto nel post sopra.

Questa misura mi permette di vedere dopo quanto tempo arrivano le riflessioni (l'ideale sarebbe avere almeno 10ms senza riflessioni, o comunque di entità trascurabile), e da questo calcolarmi lo spazio in più che il suono di ogni riflessione percorre rispetto al suono diretto.
Con:
S=T*34 dove S è lo spazio in più percorso in cm, T il tempo in ms ho un'idea dei possibili punti in cui il suono va a riflettersi.

Con ETF posso visualizzare il grafico della Time Energy:



La linea blu è relativa a tutte le frequenze, e anche sui si vedono molto bene le varie riflessioni, e soprattutto guardando le altre curve si può vedere l'andamento energetico nei vari range di frequenza.
Questo è importante perchè con pannelli fono-assorbenti (o con ogni tipo di assorbitore in generale) il coefficiente di assorbimento cala al calare delle frequenza, quindi aggiungendo dei pannelli mi aspetto un calo solo delle curve relative alle frequenze più alte, o comunque un calo più pronunciato per queste.
Insomma mi dà un'idea di quanto posso migliorare in maniera tradizionale, e di quanto è assorbente in generale il mio ambiente.

A questo punto valutare la risposta in fase e frequenza non ha molto senso (ancora non tengo conto della calibrazione del microfono), comunque darci un'occhiata non fa male:



risposta a terzi di ottava



risposta lineare in bassa frequenza

[Michele Spinolo]

fase e fase minima del sistema

Linko anche il file di ETF del canale sinistro "nudo" se qualcuno vuole giocarci

Quindi fatte queste misure lo step successivo (e ci sono ancora in mezzo...) sarà cercare di eliminare o quantomeno smorzare le varie riflessioni per quanto possibile.
Trovati i punti di riflessione ci andrò a piazzare un bel pannello e poi rifarò tutte le misure per vedere cosa è cambiato.

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Riprendo dopo un po' di tempo questo thread perchè ho avuto davvero tanto da fare, comunque i risultati si vedono (sentirsi ancora no, perchè ho l'impianto sottosopra! ).

Allora vediamo il canale sinistro come esempio, seguendo la trafila che ho fatto per migliorarne le prestazioni.



questo è l'impulso del canale sinistro prima di qualsiasi trattamento elettronico e tradizionale.
Come dicevo sopra il mio scopo in questa fase è eliminare per quanto possibile le riflessioni (almeno nei primi 10ms dell'impulso) applicando pannelli fonoassorbenti dove serve.
Con un po' di prove, aiutandomi con uno specchio e un puntatore laser e ricontrollando se tutto andava bene tramite misura ho ottenuto questo (sono i primi 10ms, sopra sono 20ms):



Che mi pare un gran buon risultato: l'unica cosa che non mi va giù è la riflessione sul pavimento che è ancora presente nei primi milli secondi, purtroppo non è possibile applicare un pannello fono-assorbente al pavimento, e mi sono dovuto accontentare di un tappeto pesante con sotto un pannello di gommapiuma.
Spero però che con un tappeto più folto, in futuro, si riesca a migliorare la situazione, che comunque è molto molto positiva complessivamente.



Qui lo stesso impulso visto con ETF.

Ora fatto questo può essere interessante andare a visualizzare le varie caratteristiche del sistema con ETF, e per maggior comodità e velocità può essere utile fare un confronto fra il sistema corretto solamente in maniera tradizionale e quello con correzione tradizionale+elettronica.

Pensavo, quindi, di finire questa prima parte in questa maniera:

A-misure del canale sinistro presentate a coppie:
1-sola correzione tradizionale
2-correzione tradizionale+elettronica

B-misure del canale destro presentate a terzine:
1-senza alcuna correzione
2-correzione tradizionale
3-correzione tradizionale+elettronica

C-misure del canale centrale presentate a coppie:
1-senza correzione tradizionale
2-con sola correzione elettronica

"A" può servire per vedere dove si può arrivare, "B" per vedere i vari gap attribuibili ai due metodi, "C" per vedere cosa si può fare in una situazione "disastrata" solamente per via elettronica e quindi non invasiva.

Allora come detto parto da "A", per cui posterò le immagini a coppie: la prima riferita al solo trattamento tradizionale tramite pannelli fonoassorbenti posti nei punti di prima riflessione e in maniera tale da rendere l'ambiente più assorbente, la seconda aggiungendo anche la correzione elettronica.

Primi 10ms della risposto all'impulso:





Già qui di può vedere come la risposta all'impulso si regolarizzi nel tempo e qualche riflessione venga abbattuta utilizzando la correzione elettronica.
L'impulso quindi risulta più preciso e pulito, il che equivale ad un sistema più reattivo e veloce.

[Michele Spinolo]

Risposta in frequenza lineare





Anche qui si può vedere una regolarizzazione dell'andamento della risposta in frequenza, tuttavia questo grafico non è il più indicato per avere un colpo d'cchio sull'andamento in frequenza.
Meglio passare a visualizzare solo la porzione in bassa frequenza a scala lineare per giudicare l'andamento alle basse frequenze, appunto, e la risposta a terzi di ottava per il resto.

Risposta in scala lineare in bassa frequenza:





Beh qui i grafici parlano da soli: si vede come il range di oscillazione della risposta diminuisca sensibilmente, le risonanze spariscano e tutto vada in maniera più che ottima.





Qui invece la risposta in frequenza a terzi di ottava: anche qui i grafici parlano da soli, con una linearità impressionante ottenuta con i filtri generati da DRC.

Interessante vedere anche come cambia la risposta in fase per capire come lavora DRC: in particolare il filtro che ho generato cerca di riportare il sistema a fase minima.

[Michele Spinolo]

Anche da qua si può vedere come la correzione elettronica porti benefici, rendendo l'andamento della fase del sistema più vicino alla fase minima del sistema stesso.

Time-Energy Curves per i primi 20ms:





queste curve rappresentano l'energia che arriva al microfono (o all'orecchio) nel tempo dopo lo spike dell'impulso principale (situato a 0ms).
Le varie curve si riferiscono al contenuto energetico alle varie frequenze: si può anche notare come DRC lavori molto meglio a bassa frequenza, riuscendo con molta più efficacia ad elaborare e smorzare gli spike successivi all'impulso principale.
Questo fatto è molto positivo: le frequenze più alte sono infatti piuttosto facili da trattare con i metodi tradizionali (pannelli assorbenti, diffrattori, ecc...) mentre le frequenze più basse necessiterebbero di spessori e/o dimensioni esagerate per trattare le frequenze più basse (e non si parla di 20-30hz, ma di 100-200hz!).
La linea blu è il riferimento per confrontare le due situazioni, essendo quella che considera tutte le frequenze dà quindi il risultato complessivo in termini di assorbimento, velocità e smorzamento del sistema complessivo.

Qui:

File ETF del canale sinistro non equalizzato

File ETF del canale sinistro equalizzato

si possono scaricare i file ETF relativi alle misure sopra riportate.

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Riprendo in thread dopo un po', causa impegni, iniziando a postare le immagini realtive al canale destro.
Le posterò a gruppi di 3: la prima sarà relativa al canale prima del trattamento acustico tradizionale (tappeti e pannelli fono-assorbenti), la seconda dopo il trattamento acustico tradizionale, la terza realtiva alla situazione finale in cui al trattamento acustico tradizionale aggiungo la correzione elettronica con DRC.





Qui si può vedere come l'intervento tramite pannelli fono-assorbenti sia utilissimo per eliminare la parte ad alta frequenza delle riflessioni (mentre non fai praticamente nulla sulle basse frequenze, ma lo si vedrà anche dopo), mentre DRC lavora benissimo a bassa frequenza correggendo l'impulso.
Si nota anche come aggiungere pannelli fono-assorbenti renda l'impulso solamente meno nervoso, ma comunque non lo corregga, mentre DRC è in grado di correggere l'impulso nel dominio temporale.

[Michele Spinolo]

Per questo canale salto la misura della risposta in frequenza completa in scala lineare, principalmente per guadagnare tempo, spazio e soprattutto perchè non è che si riesca a vedere molto da quel grafico.





Qua si vede come l'applicazione dei pannelli non corregga minimamente la risposta in bassa frequenza (le differenze che ci sono sono minime e in massima parte imputabili ad un diverso posizionamento del microfono nelle due misure).
Si vede quindi come è assolutamente inutile cercare di trattare le basse frequenze con pannelli piramidali fono-assorbenti di spessori ragionevoli (6cm).
Mentre DRC riesce a lavorare ottimamente in bassa frequenza, rendendo la risposta in scala lineare compresa praticamente in 6db (il "buco" che si vede è dovuto alla frequenza in cui c'è l'incrocio fra i woofer nel diffusore).




Qui si vede bene come i pannelli vadano ad agire solo da circa 500Hz in su, mentre sotto non cambia l'assoluto nulla.
Risulta anche interessante notare come l'applicazione dei pannelli non corregge assolutamente la risposta in frequenza, ha l'unico effetto di smorzarla sugli alti.
DRC, invece, riesce a linearizzarla in maniera praticamente perfetta.

[Michele Spinolo]

Anche qui si può vedere come l'inserimento in ambiente dei pannelli e dei tappeti per trattare le prime riflessioni e smorzare il sistema non abbia effetto alcuno sulla fase del sistema, mentre con DRC si riesce a correggerla ottimamente su tutto lo spettro, rendendo il sistema approssimante un sistema a fase minima.






Queste sono forse le curve più interessanti: confrontando le prima due si può vedere come i pannelli vadano a smorzare solamente l'energia ad alta frequenza, mentre ignorano completamente quella a bassa frequenza.
DRC, invece, lavora benissimo a bassa frequenza (guardate la curva rossa per esempio), permettendo alla fine dei giochi di guadagnare un 4-6db sulla curva blu (abbassandola) rendendo quindi il sistema molto più secco, smorzato e preciso.

Qui ci sono i file .etf relativi alle immagini sopra postate:

-Sistema originario
-Sistema con trattamento acustico tradizionale
-Sistema con trattamento acustico tradizionale + equalizzazione

[Michele Spinolo]

7

[Michele Spinolo]

postate pure eh!

Lo spazio lo riempio mano a mano!

[ango]

Michele Spinolo ha scritto:
postate pure eh!

Lo spazio lo riempio mano a mano!

Michele,

Tutto bello e interessante........

Ma le immagini sono determinanti per capirne qualcosa! ( già sono impedito di mio, figuriamoci cosa capisco senza i disegni )

Dai metti su il server!

Saluti, Ilario.

[Michele Spinolo]

ango ha scritto:
Michele,

Tutto bello e interessante........

Ma le immagini sono determinanti per capirne qualcosa! ( già sono impedito di mio, figuriamoci cosa capisco senza i disegni )

Dai metti su il server!

Saluti, Ilario.

Purtroppo altervista è sotto manutenzione, figurati che diversi file che ho linkato non li ho ancora uploadati...e devo anche controllare che l'indirizzo sia giusto!

Stasera dovrei riuscire a mettere tutto a posto.

[Ninja]

impara da Gipal!
Poi però spiegaci meglio cosa fare per far suonare meglio i nostri impiantini - oggi mi consegnano il bimbo grande da 60kg e se si può fargli far palestra in un ambiente migliore, bene, ma poichè da me l'ambiente resta invariato (salvo variare gli abitanti) meglio leggersi con cura quello che scriverai.

[Guren]

Paolo poi ci fai una foto del pannello posteriore... quella che si vede sul sito amaudio non è molto promettente

p.s. ma tu non eri quello che non voleva più perdere tempo con l'impianto HT ma voleva solo accendere e vedere un film in pace?

[ango]

Michele,

Non ci capisco un gran sul segnale impulsivo, quello che chiami:

"impulso di Dirac che rappresenza il sistema perfetto"

Anzi, a dire il vero, capisco solo lo sweep.

si vedono bene le rivlessioni, e le risonanze, e il televisore acceso! ci ho messo un po' a capire cos'era....

Mancano l'unità di misura sullo sweep colore -> db per capire se le riflessioni sono udibili / influenti o meno!

Ilario.

[Michele Spinolo]

ango ha scritto:
Michele,

Non ci capisco un gran sul segnale impulsivo, quello che chiami:

"impulso di Dirac che rappresenza il sistema perfetto"

Anzi, a dire il vero, capisco solo lo sweep.

si vedono bene le rivlessioni, e le risonanze, e il televisore acceso! ci ho messo un po' a capire cos'era....

Mancano l'unità di misura sullo sweep colore -> db per capire se le riflessioni sono udibili / influenti o meno!

Ilario.

Ci credo che non capisci: era rappresenta non rappresenza

A parte gli scherzi un impulso di Dirac è un impulso di ampiezza infinita e durata infinitesima, praticamente pensala come se in pratica il tuo sistema (diffusori, ambiente, elettroniche, ecc...) potesse riprodurre un colpo di pistola secco senza alcuna riflessione, ossia con smorzamento infinito.

La misura all'impulso che ottieni la puoi quindi immaginare come sopra: ti metti al posto del diffusore, "BANG" colpo di pistola a salve e misuri...la misura che ottieni è la risposta all'impulso.
Ovviamente per comodità misuri lo sweep e facendo la convoluzione col suo inverso ottieni la risposta all'impulso del sistema.

Il rumore fra i 15Khz e 16Khz non è il televisore acceso, bensì probabilmente qualche ritorno della scheda video, o interferenza o non so cosa: comunque con lsconv dovrebbe sparire e poi tanto è sotto i -140db...

Mancano le unità di misura della scala colore perchè queste dipendono anche dalla lunghezza della FFT che utilizzi per visualizzare lo spettrogramma e dalla larghezza della finestra esaminata: comunque per quello che serve qui basta procedere abbassando mano a mano il fondo scala (-120db, -130db, ...) e vedere a che livello scappa fuori il rumore.
Non lo vedi da qui se le riflessioni sono o meno udibili.

Per l'analisi delle misure (per quel poco che so) al prossimo appuntamento!