Blog di Mauro Munzi

in linea, End Fire, Gradiente, Cardioide Stacked

In questo articolo vediamo alcuni esempi di configurazione di Subwoofer, come si comportano ed eventuali vincoli che costringono ad optare per una configurazione piuttosto che l’altra.

Fondamentalmente abbiamo 4 tipi di configurazioni base, ed eventuali tecnicismi/evoluzioni sono tutti derivati da questi:

• In linea, dove abbiamo 2 o più elementi affiancati, la configurazione più semplice.
• End Fire, che prevede 2 o più elementi separati da una distanza pari ad 1/4 della lunghezza d’onda per la quale si vuole la massima cancellazione, e con il primo Subwoofer, quello più vicino al pubblico, ritardato elettronicamente del valore necessario per portarlo virtualmente alla stessa posizione di quello più vicino al palco.
• Gradiente, disposto come nel punto precedente, ma in questo caso è il Sub più vicino al palco che viene sposato virtualmente (ritardato), ed al quale viene poi invertita la fase.
• Cardioide Stacked, nel quale 2 o più subwoofer sono disposti uno sopra l’altro ed uno viene rivolto verso il palco, ritardato elettronicamente di un valore opportuno e poi invertito di fase.

La teoria vuole che nel momento in cui si inizia a fare prendere una determinata “direzione” alla basse frequenze si ha una leggera perdita di pressione sonora, dovuta al fatto che il tentativo di cancellazione dell’emissione posteriore provoca delle perdite anche alla somma delle emissioni che si ha nella parte anteriore, in modo più o meno evidente in base alla configurazione. In questo articolo vedremo dei risultati legati alla teoria e alla simulazione, l’esito finale ovviamente va sempre verificato con delle misurazioni, provando magari configurazioni diverse da quella scelta in prima istanza.

Subentrano spesso anche questioni logistiche, di spazio, che precludono la possibilità di usare una o l’altra configurazione e per le quali poi ci si deve “accontentare” della soluzione standard in linea, che richiede poco spazio davanti al palco ed una altezza ridotta dello stesso, anche 60cm nel caso in cui ad esempio si impieghino dei 18” sdraiati o dei doppi 18” alti poco più del Woofer stesso (RCF 9006AS, DB DVA S30, NEXO RS18 e simili). Le configurazioni End Fire e Gradiente invece richiedono più spazio oltre il palco e molto spesso questo non c’è, soprattutto in eventi molto piccoli o anche in condizioni indoor, mentre il Cardioide Stacked ha bisogno di spazio in verticale, quindi necessita approssimativamente di un palco di almeno 1m di altezza nel caso di 2 Subwoofer sovrapposti e almeno  1,5m nel caso in cui i diffusori da impilare siano 3.

Poi magari ci sono situazioni, tipo DJ set e simili, dove essere “inondati” da 120dB ed oltre dietro i Subwoofer fa solo piacere e quindi il controllo della direzionalità dei bassi non è un problema

Vediamo ora, tramite l’ausilio del software EASE Focus 3, la simulazione del comportamento delle varie configurazioni elencate. Focus 3 usa dei modelli forniti dai vari produttori (.GLL files) per elaborare una predizione di copertura e distribuzione della pressione acustica in base configurazione adottata, ed è spesso usato per simulare eventi particolari, come concerti negli stati, arene, e simili. Per lo scopo ho usato il modello dell’ RCF SUB 8004-AS, semplicemente perché oltre ad essere un ottimo componente ne ho realizzato un “clone” delle stesse dimensioni, e quindi volume, altoparlante (LF18X401) e con una frequenza di accordo probabilmente leggermente più bassa per una maggiore estensione, in versione passiva, ognuno pilotato con un Yamaha P7000S, quindi con a disposizione ancora più dinamica rispetto all’originale in caso di necessità.

Ho considerato una piccola area di ascolto da 20m x 12m, completamente gestibile da una coppia di 18”, anche per comodità nella visualizzazione dei dati, con i diffusori posizionati a 6m (la griglia dei Sub in pratica si trova a 0m) dal fondo per lasciare spazio ad un ipotetico palco, e 2 microfoni “virtuali”, uno a –2,5m per simulare un ipotetico centro di un palco e l’altro a 12m; come impostazione del SUB 8004 è stata scelta la 90Hz Deep, frequenza che per i miei gusti è già troppo alta per un SubWoofer. Inoltre non ho simulato la configurazione L-R, con i diffusori ai lati del palco, perché come abbiamo visto qui causano grossi problemi di uniformità di copertura e richiede almeno 4 diffusori per implementare queste soluzioni; vedremo prossimamente come cercare di mitigare i problemi che sono stati descritti nell’altro articolo e ottenere comunque una buona cancellazione dell’emissione posteriore.

Iniziamo con la configurazione semplice in linea, affiancati, e vediamo cosa succede a 4 frequenze fondamentali di funzionamento a 1/3 di ottava in sequenza: 40HZ dove comunque il sub in oggetto inizia a calare, 50Hz, 63Hz, 80Hz e il “broadband” ossia su tutta la gamma riprodotta dalle 2 unità.

Come si può vedere abbiamo in sostanza, come ci si aspetta, una distribuzione omnidirezionale e dalla scala cromatica si evince che la banda intorno ai 63Hx è quella di maggiore efficienza, anche perché a 80Hz inizia a farsi sentire l’effetto del filtro passa basso che si trova poco più in la.

In termini di numeri, utilizzando quindi 63Hz come riferimento abbiamo 114,3dB al microfono piazzato a 12m e 124,5dB al microfono che si trova 2,5m dietro la linea, al centro dell’ipotetico palco. Stiamo parlando di valori molto alti, calcolati sulla massima emissione possibile della coppia di Subwoofer, ma serve comunque per avere un’idea; anche ipotizzando di abbassare il livello di 6dB (4 volte), sul retro ci sarebbe in ogni caso una “spinta” notevole.

Vediamo adesso la configurazione End Fire, che prevede la disposizione di due Subwoofer uno di fronte all’altro, separati (griglie-griglia ad esempio) da una distanza pari ad 1/4 della lunghezza d’onda della frequenza centro banda nella quale si vuole raggiungere la massima cancellazione, e con il diffusore più lontano dal palco ritardato del tempo corrispondente. In questo caso, scegliendo 60Hz come riferimento abbiamo un distanziamento di 1,43m ed un ritardo di 4,16ms

I 5 grafici visti prima diventano a questo punto

Come si può vedere, per le caratteristiche della configurazione, a 40Hz siamo praticamente ancora nella dispersione omnidirezionale, a 50Hz si inizia ad avere una cancellazione, a 63Hz si raggiunge il massimo dell’annullamento (come da calcoli) e a 80Hz l’andamento prende la forma ipercardioide, ma comunque ancora con una buona cancellazione posteriore. Volendo fare un indagine broadband su tutta la gamma coperta dai nostri due 2 Subwoofer notiamo comunque una evidente riduzione dell’emissione posteriore.

Prendendo sempre come riferimento i 63Hz il microfono a 12m rileva questa volta 114,9db, che a tutti gli effetti è anche qualcosa in più rispetto alla linea per effetto che abbiamo un diffusore spostato in avanti di più di 1m, mentre il microfono posteriore rileva 109,8dB, circa 15dB in meno della configurazione in linea, non sono pochi…

Per quanto riguarda la configurazione gradiente invece, abbiamo la stessa disposizione della precedente, ma questa volta il subwoofer che viene ritardato è quello più vicino al palco, al quale inoltre deve essere invertita anche la fase; questo setup è quello che dovrebbe garantire la maggiore cancellazione posteriore unita, in teoria, ad una leggera perdita di efficienza sulla parte frontale. Vediamo quindi le nostre 4 frequenze di riferimento e l’analisi broadband

Le immagini evidenziano un comportamento direzionale a tutte le frequenze e soprattutto nell’analisi broadband si evidenzia come questa soluzione sia quella preferita nel caso in cui la “pulizia” della zona palco sia un’esigenza molto sentita.

Prendendo come riferimento la banda dei 63Hz abbiamo che il nostro microfono a 12m rileva 114,9dB mentre quello arretrato di 2,5m segna 108,6dB, quindi un ulteriore guadagno rispetto all’ End Fire a questa frequenza.

Infine abbiamo il comportamento della configurazione Cardioide Stacked, in questo caso composta da 2 box, con quello superiore girato verso il palco, che sil piano verticale dovrebbe fornire un lobo di emissione anteriore come se fosse direzionato verso il basso, e con l’emissione posteriore ovviamente speculare e che dovrebbe fornire un’ulteriore beneficio sul palco; ecco i 5 grafici

Con i consueti microfoni abbiamo 112,3db sul palco e 113,7db nel pubblico.

Riassumendo in una tabellina le varie configurazioni abbiamo

Da questo si vede che le 2 configurazioni End Fire e Gradiente sono quelle in grado di mantenere la maggiore efficienza di radiazione verso il publico, ma con la configurazione Gradiente che risulta essere quella più efficiente nel limitare la radiazione verso il palco, e quindi il potenziale “fastidio” ai componenti di un’eventuale band; per contro la configurazione Cardioide Stacked, a fronte di una minore efficienza globale, si comporta leggermente meglio dell’End Fire e potrebbe essere la soluzione nel caso in cui si abbia poco spazio a disposizione davanti al palco.

Ovviamente questo è il risultato di una simulazione, i risultati andrebbero sempre verificati sul campo; da questo punto di vista l’ End Fire e il Gradiente sono le più versatili perché si riesce semplicemente a passare da una all’altra cambiando i parametri del crossover elettronico, del DSP OnBoard oppure del software di gestione remota, molti dei quali (tipo RDNet di RCF) permettono il cambio grazie ad un click.