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Misure del livello sonoro - Strumenti di misura del suono

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6.2. Misure del livello sonoro

Per livello sonoro si intende la misura dell'ampiezza del suono che, come sappiamo, è una variazione ciclica della pressione atmosferica. Dunque il suono è un fenomeno fisico la cui ampiezza viene misurata in dBspl. Quando l'onda acustica investe la membrana di un microfono, viene convertita in un segnale elettrico, le cui variazioni di tensione riproducono quelle della pressione sonora. Dunque ora il nostro è un livello elettrico che ha delle scale in decible di riferimento (dBu, dBV). Infine, quando il segnale elettrico viene campionato, diventa digitale ed è descritto in termini di bit e la sua ampiezza viene misurata in termini di dBfs. Un po' come l'acqua che ha tre stati (gassoso, liquido, solido), anche il suono lo ritroviamo in tre contesti diversi: pressione acustica, segnale elettrico, bit e in ognuno di questi contesti possiamo misurarne l'ampiezza che naturalmente sarà espressa in modi diversi ma equivalenti. Di seguito elenchiamo i diversi strumenti di misura più comunemente utilizzati nei tre diversi contesti.

6.2.1. Misuratori di pressioni sonore

6.2.1.1. Fonometro

Vengono costruiti con all'interno un microfono omnidirezionale [Vedi: Microfoni omnidirezionali] molto sensibile e sono tarati per rilevare una pressione sonora con una risposta che riproduce quella dell'orecchio umano. Di solito è presente uno switch di taratura dell'apparecchio in relazione alla sorgente sonora da misurare, questo fa sì che venga attivato un circuito di misurazione piuttosto che un altro che configura la risposta del misuratore su una determinata curva pesata (in inglese weighting curve ):

Curve pesate di un fonometro
Curve pesate di un fonometro

La figura precedente ci mostra l'andamento delle diverse curve pesate di un fonometro, da utilizzarsi a seconda della sorgente sonora da misurare:

Circuito A (A-weighting curve): la curva di risposta del circuito corrisponde alla curva isofonica a 40 phons dell'orecchio umano [Vedi: Curve isofoniche] e consente misure accurate di pressioni sonore modeste come quelle generate nell'ambito di una normale conversazione. Le misure fatte con questo circuito vengono espresse in dB(A).

Circuito B (B-weighting curve) (ormai in disuso): la curva di risposta del circuito corrisponde alla curva a 70 phons dell'orecchio umano. È adatto a misure di pressioni sonore comprese tra i 55 e gli 85 dBspl. Le misure fatte con questo circuito vengono espresse in dB(B).

Circuito C (C-weighting curve): la curva di risposta del circuito corrisponde alla curva a 100 phons dell'orecchio umano. Le misure fatte con questo circuito vengono espresse in dB(C).

Quando è disponibile, il circuito Z è da considerarsi avente una risposta piatta.

Nel fonometro riportato nella figura precedente si possono notare gli switch per selezionare la curva di pesatura (A o C) e la risposta ai transienti. Inoltre, per selezionare il range di funzionamento, si procede come segue: si parte con il valore maggiore possibile (120 dB) e si va a scendere gradualmente girando la manopola fino a che l'ago indicatore non comincia a muoversi in maniera significativa. Per una migliore precisione, tra due possibili valori utilizzare sempre il più basso. Ad esempio: se il range è selezionato su 80 dB e sulla scala leggiamo un valore circa pari a -5, significa che la pressione misurata è pari a 75dB. Allora posizioniamo il range su 70dB e l'ago si posizionerà sui 3dB, indicando la pressione sonora di 73 dB, che risulterà una misura più accurata.

6.2.2. Misuratori di segnale audio elettrico

Sono indicatori che mostrano il livello del segnale audio all'interno della macchina che si sta utilizzando. Fondamentalmente si distinguono per come riescono a seguire il segnale misurato nelle sue variazioni. Possiamo individuare due grandi categorie, una i cui il misuratore cerca di seguire i singoli picchi e l'altra in cui insegue il valore medio del segnale. E' possibile scendere ancora più in dettaglio su questo aspetto, ma le ulteriori suddivisioni esulano dalle finalità introduttive di questo testo.

6.2.2.1. VU Meters

Sono dei misuratori del livello del segnale elettrico dove VU sta per Volume Units ossia unità di volume. E' questo il volume a cui ci si riferisce nella pratica, alzandolo o abbassandolo a seconda delle esigenze del momento.

Lo zero, nei VU Meters indica sempre il SOL [Vedi: Standard Operating Level] dunque per le apparecchiature professionali, indica +4dBu (1.2V) mentre sull'Hi-Fi di casa indica -10dBu (0.25V). I VU meters hanno una risposta al segnale audio abbastanza lenta (300ms) e dunque danno una misura della media del segnale. Vengono utilizzati per apparecchiature analogiche soprattutto sui mixer e i registratori. Non sono fatti per visualizzare tutti i transienti del segnale data anche la massa inerziale degli indicatori. La figura seguente mostra la scala di valori tipica di un VU Meters.

Scala di valori di un VU Meters
Scala di valori di un VU Meters

6.2.2.2. PPM Meters

PPM sta per Peak Programme Meter . Fornisce una misura del segnale con una più rapida risposta ai transienti, dovuta ad un minore tempo di attacco, anche se non sufficientemente veloci da seguire ogni singolo picco del segnali (per questo ci si riferisce a questi meter con il termine quasi-peak ). Questo misuratore viene spesso impiegato per misure su segnali digitali anche se è nato ben prima che questi sistemi venissero concepiti. Dunque i PPM meters iniziali avevano forma simile ai VU Meterss, ma riuscivano e seguire i transienti del segnale molto più fedelmente. Con l'avvento del digitale i PPM meters sono stati realizzati con display a LED. La scala di misura può variare in base ai diversi standard e i valori indicati sono generalmente riferiti a valori espressi in dBfs [Vedi: Dinamica digitale - dB Full Scale]. La figura seguente mostra un esempio di PPM disposto in orizzontale (la disposizione originale è verticale).

Peak Programme Meter
Peak Programme Meter

La gran parte dei misuratori utilizzati negli hardware e software digitali non sono di tipo PPM, ma indicano genericamente il livello di picco, che è essenziale per evitare la distorsione digitale, ma non attendibili nella misura dell'ampiezza istantanea del segnale.

6.2.2.3. True Peak Meters

Il True Peak Meters segue effettivamente tutti i picchi restituendo istante per istante il vero andamento del segnale.

6.2.3. Misuratori del livello digitale

Come si è visto, l'ampiezza del suono digitale si misura con una scala espressa in dBfs [Vedi: Dinamica digitale - dB Full Scale], dove lo 0 è il livello massimo raggiungibile dal sistema. Dunque le misure digitali fanno riferimento a questa scala.

6.2.3.1. Meter digitale

I meter presenti sui canali delle digital audio workstation mostrano l'ampiezza del segnale audio digitale. Tuttavia, essendo una visualizzazione risultante da un calcolo matematico, il tipo di metering può essere variato utilizzando algoritmi diversi, ad esempio restituendo un'ampiezza di picco e una RMS[16] (generalmente indicate entrambe). La figura seguente mostra un sistema di metering digitale sia di picco che RMS (l'immagine reale è verticale):

Peak e RMS Digital Meters
Peak e RMS Digital Meters

6.2.3.2. K-Meter

Le scale in decibel del mondo analogico/elettrico [Vedi: Grandezze elettriche espresse in decibel] e digitale [Vedi: Dinamica digitale - dB Full Scale] operano in contesti completamente diversi, dunque per poterle confrontare sono stati creati dei riferimenti da seguire che tuttavia non sono mai diventati dei veri e propri standard e che in più cambiano a seconda del contesto operativo (musicale / cinema / TV). In particolare, lo standard operating level [Vedi: Standard Operating Level] delle macchine analogiche, viene in alcuni contesti associato al valore di -18dBfs della scala digitale. Ma si tratta di un'associazione di comodo in quanto la scala dei dBfs di per sé non avrebbe nessun punto da utilizzare come riferimento, tranne il fondo scala che è appunto lo 0dBdBfs che rappresenta il massimo da non superare mai.

In ambito musicale, può essere utile suddividere la scala dei dBfs in zone analoghe a quelle presenti sui VU Meterss [Vedi: VU Meters]. La figura seguente mostra il confronto tra una scala in dBu (tensione elettrica) e il relativo VU Meters che misura il livello elettrico del segnale:

Misura del livello elettrico con VU Meters
Misura del livello elettrico con VU Meters

Il sistema di metering K-Meter , messo a punto da Bob Katz rimodula la scala digitale dBfs in zone simili alla scala analogica, indentificando un punto equivalente al SOL e considerando ampiezze diverse per la zona di headroom, in modo da poter avere una lettura digitale più simile all'analogico e dunque con maggiori riferimenti visivi e numerici. Posizionando di volta in volta lo zero non più a fondo scala ma in diversi punti della scala digitale si ottengono le diverse ampiezze per l'headroom. Bob Katz individua 3 punti specifici della scala digitale su cui posizionare lo zero della nuova scala, dunque ottiene tre diverse scale denominate K-20, K-14, K-12, come descritto nella figura seguente:

Il K-System di Bob Katz
Il K-System di Bob Katz

La figura mostra le 3 scale che presentano rispettivamente: 20, 14 e 12dB di headroom e dove lo zero viene posizionato rispettivamente su -20, -14 e -12 della scala digitale in dBfs.

L'idea è quella di utilizzare una scala diversa a seconda del livello RMS del materiale sonoro che si sta trattando. In particolare: la scala K-12 è per l'ambito broadcast ossia per materiali destinati alla diffusione radiotelevisiva. La K-14 per generi musicali quali il pop o il rock. La K-20 è per il cinema e la musica classica.

E' ovvio che si tratta solo di un cambiamento di forma e non di sostanza. Ma cambiare il metering di tutti i canali di un progetto nella scala più adeguata può aiutarci ad avere un controllo più aderente al materiale sonoro che stiamo trattando che si può tradurre in una migliore qualità del lavoro finale.

Va specificato che il sistema di riproduzione del suono deve essere opportunamente tarato. Su ogni canale va riprodotto un rumore rosa con livello RMS assestato sullo 0 della scala utilizzata in quel momento (ad esempio: per la K-20, il livello del rumore rosa [Vedi: Rumore rosa] deve essere pari a -20dBfs); successivamente si misura la pressione sonora prodotta dal monitor [Vedi: Sistemi di ascolto nel recording studio] con un fonometro con curva di pesatura C [Vedi: Fonometro] e posizionato nel punto di ascolto della regia. Quindi si regola l'amplificazione finché la misura sul fonometro non indica gli 83dBspl. Si ripete il procedimento per l'altro canale.



[16] E' bene sottolineare che i valori indicati come "di picco" e "rms" sono calcolati in base a diversi standard, per ognuno dei quali la stessa misura può assumere un valore diverso.

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