Quanti subwoofer metto? Dove li posiziono? Quanto distanti l’uno dall’altro?
Queste e altre domande sono spesso rivolte ai nostri tecnici e in realtà rappresentano i dubbi principali di ogni fonico, musicista, sound engeneer o semplice appassionato che abbia a che fare con impianti audio per installazione o musica dal vivo e che abbia la necessità di individuare il corretto posizionamento dei propri subwoofer per ottenere la migliore resa possibile alle basse frequenze, tanto per un grande concerto live quanto per la serata di karaoke al ristorante o un DJ set alla sagra della porchetta.
Per tentare di rispondere nella maniera corretta a questi interrogativi abbiamo pensato di offrire una breve guida (non esaustiva dell’argomento) esponendo le principali disposizioni di subwoofer e le loro conseguenze dal punto di vista acustico, partendo da quelle più semplici, utili per visualizzare il comportamento e l’interazione di uno o più subwoofer.
Partiamo col dare una definizione di subwoofer e da dove nasce la necessità di averne uno. Si tratta di un diffusore deputato alla riproduzione di frequenze basse. Frequenze basse che, negli ultimi anni, hanno assunto un ruolo estremamente importante nella definizione qualitativa di un impianto audio, a causa di fattori psicoacustici e dovuti anche al mutamento delle nostre abitudini d’ascolto. Data l’importanza che le frequenze basse rivestono risulta fondamentale avere un impianto audio in grado di riprodurle nella maniera corretta facendo uso per l’appunto di appositi diffusori, i subwoofer.
CONFIGURAZIONI SEMPLICI:
1. MONO CENTRALE
In una configurazione stereo L/R è cosa assai comune l’utilizzo di un solo subwoofer in posizione centrale. Questa semplice configurazione offre una buona resa ed uniformità alle basse frequenze.
Nella figura seguente si vede molto bene l’emissione sostanzialmente omnidirezionale del subwoofer.
Questo comportamento è dovuto al fatto che le lunghezze d’onda delle frequenze che un subwoofer è chiamato a riprodurre hanno dimensioni prevalentemente superiori alla membrana del cono. Fintanto che le frequenze riprodotte hanno una lunghezza d’onda comparabile alle dimensioni del woofer, questo si comporterà come un “pistone”, spingendo l’aria in una direzione e ottenendo una certa direzionalità. Per tutte le frequenze aventi lunghezza d’onda superiore, questo si comporterà come una sorgente omnidirezionale.
2. STEREO L/R
Altra configurazione che capita spesso di vedere è quella in cui due subwoofer vengono posizionati ai lati di un palco in configurazione Left/Right, molte volte proprio al di sotto dei satelliti. Questo tipo di configurazione, spesso dettata da esigenze estetiche o di ingombro, tuttavia presenta alcune problematiche. Come è possibile osservare nella figura seguente le interferenze distruttive fra i fronti d’emissione dei due subwoofer si manifestano con evidenti lobi di cancellazione soprattutto al centro della platea (frequenza di riferimento nella simulazione 63Hz). Queste interferenze provocano la spiacevole sensazione, muovendosi nella platea, di frequenze basse che a tratti scompaiono per poi riapparire spostandosi in un altro punto.
Se non sussistono problematiche di natura estetica o di spazio a disposizione è preferibile, nel caso in cui si disponga di due soli subwoofer, l’utilizzo centrale tenendoli appaiati il più possibile per far sì che i fronti d’onda emessi vadano a sommarsi coerentemente, sfruttando dunque le interazioni costruttive tra le due sorgenti.
Nella figura seguente vediamo infatti due subwoofer posizionati vicini che, per effetto delle lunghezze d’onda delle frequenze riprodotte (in questo caso maggiori della distanza di separazione), tenderanno a sommarsi in modo costruttivo, creando un’unica sorgente virtuale tendenzialmente omnidirezionale. La distanza che separa i due subwoofer, per non incorrere in problemi di interferenze distruttive, non dovrebbe superare i 2mt
In questo caso tuttavia, la perdita di Spl a basse frequenze nelle zone laterali della platea può essere un problema se le dimensioni della venue sono elevate e due soli subwoofer non sono sufficienti per coprire uniformemente l’area di ascolto. Per risolvere è necessario aumentare il numero di subwoofer e utilizzare diverse strategie di posizionamento, che vediamo nei paragrafi a seguire.
3. L/C/R
Altra configurazione spesso utilizzata è quella LCR (Left / Center / Right), molto simile a quella LR, ma con l’aggiunta di uno o più subwoofer centrali. Nella simulazione che segue è stato aumentato il numero di subwoofer ed è possibile vedere come l’aggiunta di un canale centrale aiuta a uniformare il fronte d’emissione prevenendo in parte la perdita di frequenze basse nella parte centrale antistante al palco, tipica della configurazione LR. Il fronte sonoro inizia ad essere più ampio e un po' più omogeneo. Tuttavia, anche in questo caso, l’ampia distanza di separazione fra il canale centrale e quelli laterali (che di norma non dovrebbe superare i 6mt) finirà col creare vistosi lobi di cancellazione a causa delle interferenze distruttive di cui si è già parlato (frequenza di riferimento 63Hz).
4. STRAIGHT LINE
Per ottenere un’ottima uniformità di copertura alle basse frequenze, nei concerti live, soprattutto nei grandi eventi, si ricorre alla tecnica dell’array orizzontale di subwoofer, la cosiddetta STRAIGHT LINE. Spesso è possibile ammirare lunghe file di subwoofer sotto al palco, disposti in linea fino a formare un vero e proprio array di subwoofer (spesso più lungo del palco stesso).
Come si vede chiaramente dalla simulazione acustica, una STRAIGHT LINE semplice, ossia un array di subwoofer, ha come effetto principale quello di creare un massiccio fronte sonoro centrale per effetto della somma costruttiva fra i singoli fronti d’onda dei subwoofer che compongono l’array. Questo tuttavia comporta anche alcune problematiche, una fra tutte l’enorme difformità di distribuzione di Spl fra gli ascoltatori in asse e quelli fuori asse (posizione laterale della platea). In situazioni reali, ad esempio di eventi al chiuso, le riflessioni della sala contribuiscono in realtà ad omogeneizzare il fronte sonoro di una straight line anche fuori asse a causa delle riflessioni delle pareti laterali, limitando gli effetti sopra detti. In spazi aperti, per risolvere queste problematiche, nella pratica professionale si ricorre alle soluzioni presentate successivamente. In generale possiamo dire che quanto più è lungo l’array di subwoofer tanto più stretto sarà l’angolo di emissione, incrementando la direttività del sistema alle basse frequenze. Questa caratteristica fa della straight line in realtà una configurazione direttiva, che andrebbe menzionata anche nel capitolo successivo.
5. ARCO FISICO
Disponendo i subwoofer ad “arco”, orientandone i box a “ventaglio” (curvando dunque fisicamente la linea dell’array) si riesce ad ottenere una migliore e più omogenea distribuzione dell’Spl alle basse frequenze anche fuori asse, riducendo la pressione sonora verso il centro della platea e aumentando la copertura laterale. Questa disposizione prende il nome di ARCO FISICO o ARCO REALE.
6. ARCO ELETTRONICO
Un risultato similare può essere raggiunto applicando ai subwoofer una rete di ritardi elettronici progressivi verso l’esterno, “spostando” virtualmente i subwoofer attraverso i delay come se stessimo spostando fisicamente i loro cabinet in un arco fisico. Questo crea un fronte sonoro meno direttivo rispetto all’array in linea, come con l’arco fisico, si vede in figura, ma senza spostare materialmente i subwoofer. Spesso, per omogeneizzare il fronte d’onda di un arco elettronico (che normalmente tende a presentare lobi di cancellazione) si utilizzano alcuni trucchi ad esempio agendo sui livelli di guadagno dei singoli subwoofer per uniformare il fronte d’emissione e smussare tali lobi. In generale, per linee di subwoofer molto lunghe, i delay che devono essere introdotti per ottenere l’arco elettronico iniziano ad essere piuttosto elevati (a volte anche oltre i 10ms), questo comporta tutta una serie di problematiche tra cui ad esempio la perdita di chiarezza e di velocità dovuta al peggioramento del sistema nella risposta ai transienti.
CONFIGURAZIONI DIRETTIVE:
1. END FIRE
Due o più subwoofer, posti uno di fronte all’altro, in cui la seconda linea viene ritardata elettronicamente di un tempo pari alla distanza fra i due centri di emissione delle linee di subwoofer. Questo tipo di configurazione permette la massima somma nella direzione frontale e una buona cancellazione in quella posteriore, riducendo la pressione sonora verso il retro dei sub, quindi verso il palco. La pressione sonora nella direzione del fronte d’onda principale, quindi verso il pubblico, sarà massimizzata dal contributo in fase del secondo sub. Normalmente la distanza fra i due subwoofer, o fra le due linee di subwoofer, non è una distanza casuale, ma deve essere pari a ¼ della lunghezza d’onda della frequenza (centro banda) per la quale si desidera la massima somma anteriore nonché cancellazione posteriore. Questa regola si applica naturalmente anche alla configurazione GRADIENT (vedi oltre).
2. GRADIENT
Due linee di subwoofer, poste una di fronte all’altra come nella configurazione END FIRE, ma in questo caso il ritardo viene dato alla prima linea di subwoofer, quella più vicina al palco. Questa linea, oltre ad essere ritardata viene poi invertita di polarità. In questo modo si ottiene una cancellazione ancora più marcata verso il palco, a scapito di una leggerissima perdita di pressione sonora nella direzione del pubblico. Anche in questo caso la distanza di separazione fra i due subwoofer non è casuale ma è sempre uguale ad ¼ della lunghezza d’onda della frequenza per la quale si desidera la massima cancellazione (63Hz nell’esempio in figura). Nel caso in cui sia richiesta la massima “pulizia” del palco, la configurazione GRADIENT è sicuramente la più indicata. Nella figura seguente è chiaramente visibile il pattern di emissione di tipo “cardioide” puro ottenuto tramite questa configurazione.
3. CARDIOIDE (IN LINEA o STACKED)
Volendo chiarire, per un maggior rigore nella trattazione di questi argomenti, per quanto riguarda il concetto di CARDIOIDE dovremmo dire che esso si riferisce in realtà non ad una vera e propria configurazione, ma piuttosto alla rappresentazione della distribuzione dell’Spl in un diagramma polare, e dunque al risultato ottenuto mediante particolari configurazioni di subwoofer. In questo senso anche una configurazione END FIRE o GRADIENT, come risultato, hanno una emissione di tipo cardioide (vedi immagini precedenti).
Tuttavia, ci limiteremo all’accezione più comune del termine, che sta ad indicare quelle configurazioni in cui una linea di 3 subwoofer, poggiati a terra uno a fianco all’altro o impilati in colonna (appunto “stacked”) prevede che uno dei subwoofer (tipicamente quello centrale) venga ruotato verso il palco mentre gli altri due restano girati verso il pubblico (nelle configurazioni stacked è più comune trovare invertito il sub più basso, anche se per pulire maggiormente il palco sarebbe preferibile invertire quello più alto). Dopodiché il subwoofer girato verso il palco viene ritardato di un tempo pari alla distanza fra la propria griglia frontale e la griglia frontale dei sub rivolti verso il pubblico, ed invertito di polarità. In questo modo si ottiene una configurazione abbastanza direttiva ma che non ha una reiezione totale verso il palco come la configurazione a gradiente in linea. Si tratta comunque di una configurazione molto comune in quanto pratica e semplice da realizzare, aiuta a pulire un po' il palco anche nell’ottica di contenere il feedback dei microfoni alle basse frequenze ed è semplice da realizzare anche grazie a specifici preset di cui sono equipaggiati molti subwoofer che consentono di effettuare la configurazione cardioide senza bisogno di particolari attrezzature o DSP, ma semplicemente disponendo i box nel modo corretto ed attivando la funzione cardioide sul subwoofer invertito. Emissione cardioide che in realtà non è proprio “pura” come abbiamo già descritto, il fronte d’emissione tende infatti ad essere di tipo ipercardioide, ed il lobo posteriore tende ad aumentare proporzionalmente all’aumento della frequenza.
CONFIGURAZIONI COMPLESSE:
Nella pratica Live non è insolito vedere configurazioni di subwoofer “miste” in cui ad esempio vi sono delle STRAIGHT LINE di subwoofer in cui ogni punto della linea è in realtà uno STACK CARDIOIDE e magari gli estremi di questa STRAIGHT LINE sono stati ritardati elettronicamente realizzando un ARCO ELETTRONICO al fine di ottenere una “maggiore omogeneità” o un “palco più pulito” o altre esigenze dettate dalla tipologia di evento.
Insomma, la pratica live è fatta di artifizi e compromessi, le regole nella disposizione dei subwoofer sin qui esposte servono come spunto per capire il comportamento acustico dei subwoofer nelle varie composizioni e configurazioni; quella che sarà poi la scelta finale adottata dipenderà dal risultato che si vuole ottenere, che sarà a sua volta condizionato dall’ambiente, dalla tipologia di spettacolo, dai limiti fisici e di spazio della location, e da numerosi altri fattori.
In questo senso enorme importanza è data dalla creatività dei system designer (citiamo a titolo d’esempio configurazioni particolari quali il TM ARRAY in cluster appeso, oppure la configurazione VORTEX di Dave Rat).
Inoltre, il risultato reale dovrà essere sempre confermato attraverso misurazioni sul campo, apportando le dovute modifiche ove necessario (un conto è la teoria, altro conto è la pratica nella realtà, basti pensare al contributo delle riflessioni delle pareti laterali di una sala per concerti o anche, più banalmente, di quelle del pavimento, che generano sorgenti virtuali che modificano la risposta in frequenza del sistema nonché la sua copertura e direttività, con implicazioni anche sul crossover acustico del sistema).
Quella delle configurazioni di subwoofer è in realtà una materia molto complessa, che in questa trattazione è stata enormemente semplificata per dare ai lettori alcune regole fondamentali ma che vanno prese col giusto senso critico e non possono prescindere da conoscenze approfondite della tecnica acustica e della fisica del suono negli ambienti aperti come negli spazi chiusi.
Se volete approfondire queste tematiche potete rivolgervi ai nostri tecnici, a vostra disposizione per darvi il necessario supporto in ambito audio.
Buon sound a tutti!