Prosegue con il quarto capitolo l’indagine di Luca Bimbi sul rapporto fra Suono e Spazio
La percezione della distanza
La sensazione di distanza di una sorgente sonora, come abbiamo visto in Suono e Spazio/1, è data dal rapporto fra segnale diretto e riverberato; perdita di componente in alte frequenze; perdita della sensazione di attacco e dettaglio.
Tutti e tre gli aspetti sono di interesse e simulabili, in varia misura, con gli strumenti messi a disposizione dalla tecnica – si pensi anche solo all’uso di un filtro passa-basso per emulare la perdita di alte frequenze da distanza, oppure l’uso di un compressore con attacco veloce per smorzare i transitori d’attacco -, ma quello che rimane probabilmente più complesso e affascinante, è il tema della riverberazione.
La riverberazione infatti è un effetto acustico che occorre in natura, dato dalle riflessioni di un suono nello spazio, che crea migliaia di echi ravvicinati.
L’orecchio è capace di distinguere il suono diretto e il suono riflesso per le differenze che sussistono fra i due: generalmente i suoni riflessi hanno ampiezza minore, tendono a giungere in ritardo, e hanno differente componente in frequenza – ad esempio, si può avere una perdita di alte frequenze, che è data generalmente dall’assorbimento dell’aria e delle superfici riflettenti.
La riverberazione e le sue componenti
Wallace Sabine, nel tardo XIX secolo, fu un pioniere nello studio e analisi degli spazi riverberanti. Egli osservò che la riverberazione di una stanza dipende dal suo volume, dalla sua geometria e dalla riflettività delle sue superfici.
Stanze con grande volumetria e superfici riflettenti tenderanno ad avere tempi di riverberazione più lunghi, e la geometria delle superfici riflettenti determina l’angolo delle riflessioni sonore stesse.
Le componenti della riverberazione sono il tempo di predelay (il ritardo che si ha fra suono diretto e riverberato), le prime riflessioni (quelle che giungono all’orecchio dell’ascoltatore in un tempo che va indicativamente fra i 5 e i 100 ms dopo il segnale diretto) e la riverberazione fusa.
Il tempo di riverberazione, anche chiamato RT60 – poiché è il tempo che impiega la riverberazione a decadere di 60 dB dal suo picco d’ampiezza – è un’altra componente essenziale della riverberazione stessa.
La riverberazione artificiale
La riverberazione artificiale ha visto i suoi primi utilizzi nella forma di camere per l’eco, alle quali ricorrere inviando il segnale da riverberare per mezzo di diffusori acustici in un ambiente ad hoc, e catturando il suono riverberato da tale ambiente per mezzo di microfoni.
In tal modo si poteva miscelare il segnale diretto e quello riverberato. Ovviamente tale metodo non consente particolari variazioni dei parametri di riverberazione.
L’introduzione di unità di riverberazione di tipo elettromeccanico fu un passo importante verso un maggiore controllo dei parametri di riverberazione.
Si pensi sia allo spring reverb – dove il segnale viene inviato mediante un trasduttore ad una molla metallica e poi successivamente catturato da un altro trasduttore – oppure al cosiddetto plate reverb – dove al posto di una molla, si ha una piastra metallica.
Nella metà degli anni ’70, si ha l’introduzione di unità di riverberazione digitale.
Manfred Schroeder del laboratori Bell fu il primo ad implementare un algoritmo di riverberazione artificiale in un computer digitale.
Schroeder riccorreva a filtri comb ricorsivi paralleli che si sommano in due stadi successivi di filtri all pass, oppure a stadi di filtri all pass in serie.
Un filtro comb ricorsivo contiene un loop di feedback nel quale un segnale d’ingresso è ritardato di una quantità di samples ed è moltiplicato per un fattore di gain, per poi essere sommato all’ultimo segnale d’ingresso (filtro IIR – Infinite Inpulse Response).
Per valori di ritardo piccoli, l’effetto del filtro comb è prevalentemente spettrale, mentre per valori superiori a circa 10 ms, esso crea una serie di echi a decadimento esponenziale.
I filtri all-pass, invece, inducono uno spostamento di fase dipendente da frequenza per il segnale in ingresso, cioè ritardano differenti regioni di frequenza di diverse quantità, generando dispersione.
Gli studi di Schroeder sono ancora rilevanti nell’ambito della possibile implementazione di riverberatori digitali, in particolare per le possibili implementazioni della componente di riverberazione fusa.
La componente delle prime riflessioni è un altro campo complesso ed interessante di studio. Una possibile simulazione delle prime riflessioni potrebbe passare attraverso una tapped delay line (TDL), che possa generare una grande densità d’eco necessaria per la valida resa della riverberazione fusa. In una TDL, si ha un prelevamento di segnale (tap) nella linea di ritardo, uno suo scaling opzionale, e una sua somma con altri tap, consentendo di simulare efficientemente eco multipli.
