domenica 20 dicembre 2020

L'equalizzazione della stanza d'ascolto - 2) La misura

Proseguendo nella prova dell'equalizzazione digitale della stanza d'ascolto, passiamo alla seconda parte, dedicata alla misura della risposta in frequenza e di alri parametri caratteristica del suono nel luogo dove ascoltiamo la musica.

Il microfono di misura e il suo posizionamento
Si tratta ovviamente del componente essenziale per la misura. Le varie soluzioni "chiavi in mano" di solito lo includono, nella soluzione "fai da te" invece occorre acquistarlo (anzi può essere l'unica cosa da acquistare). La scelta non è molto ampia, perché ovviamente vogliamo un microfono "digitale" ovvero collegabile al PC via USB. In particolare questo modello UMIK-1, della società di Hong-Kong MiniDSP, specializzata in questo settore e che ha progettato e produce anche il noto correttore integrato DIRAC (disponibile in più versioni).

Il microfono di misura installato su uno stabile cavalletto fotografico

Viene consegnato come si vede nella foto seguente, completo di micro-treppiede e clip per orientarlo. Il posizionamento deve essere il più possibile coerente con il nostro punto d'ascolto, ovvero con le nostre orecchie sul divano o sulla poltrono davanti alle casse acustiche, quindi servirebbe uno sgabello o uno scaffale molto alto per posizionarlo alla giusta altezza.

Un treppiede fotografico, come illustrato nella prima foto, se lo avete, può essere una soluzione molto più pratica e più stabile, a garanzia anche della correttezza delle misure. E' consentita dal fatto che la clip di sostegno è collegata al piccolo treppiede proprio con una madrevite con un passo utilizzato nei treppiede fotografici. Non però il più comune, ma quello da 3/8 di pollice utilizzato per le macchine più pesanti, a grande formato. Occorre quindi un riduttore per il più comune passo da 1/4 di pollice. Non facile da trovare nei negozi di ferramenta (o di fotografia) ma, come per il microfono di misura, ci pensa Amazon (costa 5 €).

Il microfono alla fine è posizionato stabilmente sul mio cavalletto fotografico Manfrotto (la fotografia dopo la musica è la mia seconda passione) e può essere posizionato a qualsiasi altezza e a qualsiasi angolazione con facilità. 

Per chi non avesse un treppiede a disposizione naturalmente la soluzione alternativa più semplice è procurarsi una staffa per microfono con il supporto per una clip da 3/8. Anche di queste numerose offerte su Amazon (o altri siti di e-commerce).

La calibrazione del microfono
Perché la misura sia corretta il software deve conoscere l'esatta risposta del microfono in uso. Con questo modello di microfono si può evitare il delicato processo di calibrazione perché la calibrazione è effettuata in fabbrica e viene fornita assieme al microfono. E' sufficiente collegarsi al sito del produttore e inserire il numero di serie del microfono che ci è arrivata, e viene spedito il file di calibrazione personalizzato (che ha nome uguale al S/N ed è un file di tipo testo) che è leggibile dal software di misura, ovviamente.

Le operazioni di misura
Non sono particolarmente complesse ma neppure tanto semplici, perché richiedono di fare scelte tra numerosi parametri. Ma per fortuna REW include sul sito una guida d'uso molto dettagliata e ricca di esempi, che è stata pure tradotta in italiano da utenti (a quanto si legge) di buona esperienza nel settore, perché è tradotta veramente bene ed è molto chiara. La prima operazione è comunque la più semplice, perchè è guidata e obbligata, e riguarda la dichiarazione del microfono che sarà usato (e che è ovviamente già collegato su una porta USB, scegliete quella 3.0 per prudenza) e il file di calibrazione.

Completata questa operazione banale si seleziona la scheda Measure e compare questo pannello con il quale si selezionano i parametri e si effettua il check del volume per ottenere una misura corretta. Vediamo le configurazioni indispensabili nella scheda di configurazione della misura

Figura 1 - Il pannello della fuznione di misura

Per una misura standard possono essere lasciati i parametri di default per il tipo di misura (SPL), per il metodo di misura (Sweep) e ovviamente per il playback (che si effettua con REW e con il microfono). Lo stesso vale per il livello base (-12dBFS). Anche gli altri parametri sul settaggio della misura e il timing possono essere lasciati come impostati di default. Passiamo a quelli che devono essere impostati obbligatoriamente, indicati con le frecce:
  1. Livello di input. Nell'ultima versione del software REW la impostazione è automatizzata: è sufficiente regolare il volume dell'amplificatore a un livello medio-alto e avviare "check levels". L'applicazione verificherà se il livello rientra nel range ammesso fornendo un "Ok levels" come nello screenshot. In caso contrario sarò necessario ovviamente aggiustare il volume.
  2. Range di misura: può essere su tutta la banda audio o solo sui bassi, e la seconda sarà la scelta normale se si vuole normalizzare la risposta solo per il subwoofer.
  3. Frequenza di campionamento: come anticipato nella prima parte (post precedente) sarà quella scelta come standard, tipicamente 96KHz o 192KHz.
  4. Canale su cui effettuare la misura: teoricamente dovrebbe essere separata per i canali destro e sinistro perché sarà sempre in parte differente, ma bisogna che poi il player sia in grado di applicare le correzioni separatamente. Non è il caso, ad esempio, di J River. Occorre quindi di solito selezionare la misura media R+L. 
  5. Per ultima cosa deve essere dato il nome alla misura per poterla poi recuperare ed utilizzare, è possibile anche far inserire automaticamente la data.
Effettuazione della misura
Ovviamente dovrà essere inviato un segnale opportuno alle casse acustiche, REW utilizza di default un segnale sweep, ovvero un cosiddetto "spazzolmento" sul range di frequenze impostato, considerato il sistema più efficace allo scopo. E' generato direttamente da REW e quindi dal PC sui cui si sta lavorando, ed è necessario quindi che sia collegato all'amplificatore e alle casse dell'impianto che vogliamo misurare.

Si può collegare l'uscita cuffie del PC ad uno degli ingressi dell'ampli, ma è preferibile per la massima precisione utilizzare un DAC collegato a una porta USB e così ho fatto, utilizzando il DAC SMSL citato e utilizzato in un precedente post, che consente anche di verificare la frequenza di campionamento del segnale generato.
Il microfono deve essere posizionato, come si può immaginare facilmente, nelle stessa posizione e alla stessa altezza delle orecchie del punto ideale d'ascolto. La stanza deve essere sistemata come nelle condizioni normali di ascolto e le casse acustiche posizionate e orientate nel modo migliore in precedenza individuato cone le prove a orecchio, compatibilmente con i vincoli presenti.

I risultati delle misure
Dallo stesso pannello di Figura 1 è sufficiente selezionare Start e la misura ha inizia. Dura pochi secondi e si ascolta una sorta di muggito sulle note basse e un fischio a tonalità sempre più acuta sulle note alte, se il range di misura selezionato le include. Il fischio sulle note alte può essere fastidioso per l'udito e quindi conviene attenuare in qualche modo, magari con una cuffia chiusa.
Il risultato, che ovviamente è istantaneo al termine dello "sweep", può essere visualizzato in vari modi, quello più "leggibile" è il diagramma di distorsione, che contiene anche la risposta in frequenza. La vediamo prima per una misura sull'intera gamma audio.

Figura 2

Nella seconda immagine è visualizzata invece per il range di frequenza che ci interessa, la gamma bassa.

Figura 3

Come si vede la risposta è piuttosto accidentata, Se fosse questa la risposta "di fabbrica" delle mie Kef R5 dovrei preoccuparmi del mio acquisto. Ma così non è, questa è la risposta della stanza di ascolto, le casse acustiche su un segnale semplice come lo sweep o il rumore rosa o il rumore bianco, cioè i segnali usati per le misure, non evidenziano differenze (salvo sull'estensione alle basse). Se avessi fatto il test con le mie vecchie AR48S di 30 anni fa il grafico sarebbe stato quasi uguale. Per verificare la risposta propria delle casse è necessario annullare le riflessione, serve cioè una camera anecoica.

Una delle prime riviste di hi-fi degli anni '70, non avendo a disposizione una camera anecoica (che costa parecchio) ma invece avendo microfoni e strumenti di misura, magari affittati, proponeva prove dei diffusori effettuati in una stanza normale. In questo modo pero la risposta di casse AR e JBL, notoriamente molto diverse all'ascolto, erano quasi uguali, e loro si ingegnavano di individuare e motivare le minime differenze (dovute magari ad altri fattori, basta aprire o chiudere una porta). Il fatto non è sfuggito alla rivista concorrente (Suono Stereo) che invece aveva una camera anecoica e ha rimarcato che questi test erano privi di utilità. Ed è rimasta l'unica rivista hi-fi per un po'.

L'analisi delle misure
Come si vede la risposta sulla parte bassa dello spettro è molto accidentata, si notano un paio di interferenze distruttive (onde sonore di frequenza e forma d'onda simile che si annullano in controfase) e esaltazioni in diverse altri punti (in questo caso le riflessioni sono in fase).  
Il motivo è semplice, causa alcuni interventi nella stanza d'ascolto e per le caratteristiche dei nuovi diffusori, che sono più profondi dei precedenti e hanno i condotti bass reflex posteriori, la posizione precedente (non ideale ma sopportabile) produce queste anomalie nella risposta, descrivibili normalmente come "rigonfiamento dei medio-bassi".

L'intervento correttivo "manuale" è semplice e consiste nello spostare in avanti le casse (di quasi un metro) ed effettivamente in altre misure che ho fatto si confermava che le maggiori alterazioni sparivano o si riducevano.
Ma spostare i diffusori prima dell'ascolto non è esattamente la situazione ideale ed è questo uno dei motivi (a fianco della curiosità tecnologica) per impegnarmi in questa complessa prova della room equalization.
Potrà essere una soluzione, correggendo il posizionamento non ottimale?
Vedremo nella prossima ed ultima puntata che qualche interessante risultato tangibile (e ascoltabile) si ottiene.











domenica 13 dicembre 2020

L'equalizzazione della stanza d'ascolto - 1) I tools

Ripetiamo continuamente che la stanza d'ascolto ha un impatto sulla qualità del suono molto maggiore rispetto alle differenze tra amplificatori, DAC, lettori CD o SACD o qualsiasi altro componente della catena Hi-Fi.

Allora è venuto il tempo di metterci mano, perché la musica diventata digitale e la potenza di calcolo e la velocità dei PC attuali rendono accessibile anche ad un comune appassionato l'equalizzazione della stanza d'ascolto, attraverso un processo in due fasi: 1) rilevamento della risposta in frequenza e di altri parametri caratteristici dell'impianto hi-fi nella situazione reale, ovvero nella stanza; 2) Generazione e applicazione di una curva di correzione che rende l'emissione più lineare.

Ottenere gli stessi risultati nel mondo analogico era impossibile (solo approssimabile) e anche molto costoso, e poteva avere anche effetti sulla qualità del suono, ma ora sono sufficienti solo tre componenti, molto accessibili:

  1. Un microfono di misura
  2. Un'applicazione software per l'analisi e l'equalizzazione
  3. Un player software che può applicare il file di correzione
Probabilmente il più versatile equalizzatore analogico commercializzato ai tempi d'oro dell'hi-fi era l'Altec Lansing Acousta Voicette. Ben 24 frequenze sull'intera banda audio, ovvero a terzi di ottava

Il microfono di misura
Componente solo professionale e dal costo accessibile solo a laboratori dei produttori o delle riviste hi-fi, anche perché doveva essere accompagnato da un mixer microfonico di qualità, ora è un microfono di caratteristiche e prestaziooni analoghe (o comunque più che sufficienti per un utilizzo "home") che si può collegare direttamente ad una porta USB del PC. Il modello consigliato e supportato dai due principali software si chiama MiniDSP UMIK-1. Uno potrebbe pensare che essendo un  prodotto di nicchia si possa acquistare solo con complicate transazioni nel Paese di produzione o in USA. Ma invece è tranquillamente disponibile su Amazon e arriva pure in 3-4 giorni, e costa poco più di 100 €. Vedremo nella seconda puntata l'uso pratico.

Il software
Le due applicazioni per PC più note ed usate sono:
  1. Room Equalization Wizard (REW): gratuito, con donazione facoltativa;
  2. MathAudio Room Eq: a pagamento (100 $), più completo.
Gestiscono entrambe tutto il processo, la seconda consente anche la correzione di fase, impossibile nel dominio analogico e di discreta importanza.
Poi ci sono soluzioni commerciali complete che stanno creando un nuovo mercato come Dirac Live, Anthem Room Correction, gli amplificatori Lyngdorf, integrate con l'amplificatore e quindi a valle di player e DAC. Ma siamo fuori dell'ambito "fai da te" che è l'obiettivo di questo post.

Il player 
Probabilmente ce ne sono altri, ma già due player molto diffusi possono prendere in carico il file nel quale è codificata la correzione (convolution) ed applicarla prima di passare il contenuto al DAC, sono i ben noti:
  • Foobar2000 (con il component Impulse Response Convolver - foo convolve): gratuito;
  • J River Media Center (di default): a pagamento (40-60 $).
Il principale concorrente di J River, ovvero Audirvana, non supporta la convolution, servono eventualmente dei componenti aggiuntivi.
Possono operare anche su un PC diverso da quello dove è stata effettuata la misura, in input serve solo caricare il file descrittivo della correzione.

Limitazioni
Ci sono, e la prima è piuttosto importante per alcuni o forse molti: è ovviamente applicabile solo a contenuti musicali digitalizzati. La musica su vinile e nastri registrati analogici può essere trattata solo se preventivamente digitalizzata (on fly) da un codec. 
La seconda riguarda la risoluzione: l'analisi e la correzione va fatta scegliendo una risoluzione (PCM) e la stessa risoluzione deve avere il file audio da ascoltare. Per ascoltare in HD senza impazzire con l'applicazione ogni volta del file di convolution coerente, è necessario scegliere una risoluzione (per esempio 24/96) e impostare il player per riportare in riproduzione il file audio alla risoluzione scelta.
Terzo limite, come si sarà già capito: non è supportata la codifica DSD.
Quindi in sintesi:
  • no vinile
  • no nastri pre-registrati
  • no player CD e/o SACD
  • no DSD 
  • risoluzione PCM unificata
Per i formati non supportati rimane quindi la scelta se convertirli in digitale PCM oppure se rinunciare per essi alla room correction. 

Ai tempi d'oro dell'hi-fi si aveva grande fiducia sull'equalizzazione. Questa era la dotazione di un grande classico dell'amplificazione, l'italiano Galactron MK120. Serviva in realtà anche per equalizzare registrazioni su disco non perfette (o non gradite). Della stanza ci si preoccupava un po' meno.

La room equalization manuale
Naturalmente l'acustica della stanza si può correggere anche ad orecchio, facendo magari ricorso a dischi test. Tipicamente occorre allontanare (anche di parecchio) le casse acustiche dalla parete di fondo, ridurre al minimo le suoerfici riflettenti, evitare che tra i diffusori e il punto d'ascolto ci siano arredi o oggetti, le solite cose ben note. Che però non sempre sono possibili per vincoli sull'uso della stanza (che di solito è dedicata anche ad altre attività).
La room equalization può linearizzare con discreta efficacia le alterazioni introdotte da posizionamento non ottimale dei diffusori (con conseguenti anomalie sulle frequenze basse), può fare molto meno sulle riflessioni della parte alta delle frquenze.
In tutti i casi il consiglio è di intervenire il più possibile sulla stanza prima di passare alla correzione digitale. Che però può sempre migliorare la situazione.

L'utilità delle misure
la misura della risposta nella stanza d'ascolto è comunque utile anche quando la correzione applicata dal player (o dall'amplificatore) non è possibile per scelta dell'audiofilo, ovvero per impianti solo analogici o solo con sorgenti CD, SACD o DSD.
In questo caso rilevare la risposta prima e dopo gli interventi correttivi può aiutare a individuare quelli più efficaci e quelli ancora necessari. Un ausilio molto efficace ed oggettivo all'ascolto, che comunque rimane decisivo.

I limiti dell'equalizzazione analogica
Come si può intuire già dalla prima immagine, il primo limite è che le frequenze su cui si può intervenire negli equalizzatori tradizionali sono fisse. Se l'intervento è sui 57Hz ma il cursore più vicino è a 40Hz l'intervento è impossibile o comunque impreciso. Sono stati realizzati in seguito equalizzatori parametrici, nel quale la frequenza d'intervento è variabile. A parte che in questi apparecchi i punti d'intervento sono molti di meno, rimane il problema del Q, ovvero della pendenza della correzione, che tipicamente non era mai più ripida di 12dB/ottava. Queso significa che anche l'intervento preciso a 57Hz poteva avere effetto su un gran numero di frequenze (e di suoni) vicini.
Infine, il problema della fase. Come vedremo in una prossima puntata, per linearizzare la risposta in frequenza occorre operare in "fase minima" cosa non possibile con equalizzatori elettronici, che introducono comunque una rotazione di fase.
In sintesi: si può ottenere una correzione,  ma con molte approssimazioni e limitazioni e possibile degrado dell'ascolto. Per questo motivo l'equalizzazione analogica è stata abbandonata, a cominciare dai mitici controlli di tono degli amplificatori.

Provare la room correction
Non resta che provare, iniziando da REW che sembra già sufficiente per apprezzare i risultati, e verificare in una situazione reale cosa bisogna fare e cosa si ottiene nei processi di misura, di generazione della correzione e di applicazione della correzione.

Una prova che ovviamente ho fatto. Il resoconto, che funge anche da guida,  nelle prossime puntate, ad iniziare dalla misura della risposta in una stanza reale.