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Prof. Sarti #3: il salto quantico

Prof. Sarti #3: il salto quantico

articolo originariamente pubblicato su AF Digitale – Febbraio 2011

Prof. Sarti #3: il salto quantico

Sono passati 140 anni da quando Clément Ader fece i primi esperimenti di trasmissione stereofonica via telefono con il suo “théâtrophone”, e circa 85 anni da quando la BBC fece la prima trasmissione radio stereofonica della storia. Dopo solo 15 anni l’audio stereo arrivò anche al cinema, grazie a uno sforzo epico della Disney (ispirata dai recenti esperimenti dei Bell Labs), che realizzarono “Fantasia” il primo film in stereo della storia del cinema. In quell’occasione l’orchestra di Filadelfia, diretta da Stokowski, venne registrata usando un rudimentale sistema multitraccia composto da 4 registratori separati. Il risultato, allora chiamato “Fantasound”, fu presentato in alcuni cinema che si attrezzarono per l’occasione, anche se il grande pubblico potè godersi solo il “mixdown” in mono.

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Fantasia

Dopo questo esperimento, le registrazioni multicanale non si fecero attendere. Fecero infatti la loro prima apparizione in produzioni cinematografiche solo una dozzina di anni dopo, cioè quasi 70 anni fa.

Eppure da allora le cose non sono poi cambiate così tanto. L’emissione acustica, infatti, si basa esattamente sugli stessi principi di allora. Sono migliorate molte cose nella qualità del suono e nella versatilità dei sistemi di riproduzione. Le casse acustiche sono diventate più piccole, più potenti, più efficienti e più fedeli. Alcune sono diventate digitali, altre wireless, altre capaci di adattarsi all’acustica dell’ambiente, ma alla fine l’emissione del suono continua ad essere affidata a poche casse acustiche che diffondono il suono in tutte le direzioni.

 

Nascono le soundbar

Di certo la ricerca non è rimasta con le mani in mano, anche se i grandi sogni dell’olografia acustica (olofonia) si sono realizzati solo in forma sperimentale e in condizioni molto difficili (e costose) da riprodurre in ambiente domestico. Da un punto di vista commerciale, quindi, sono rimaste nel limbo dei sogni irrealizzati. Eppure qualcosa di queste tecnologie emergenti è percolato, nonostante tutto, anche nell’elettronica di consumo.

L’ olofonia, infatti, si basa su l’elaborazione congiunta di moltissimi canali audio che controllano una schiera di numerosi altoparlanti. Oltre 10 anni fa, infatti, Yamaha propose una linea di “soundbar” (serie YSP), che usava tecniche di elaborazione a “schiera di fase” per controllare un elevato numero di mini-altoparlanti per realizzare fasci acustici fortemente direzionali.
In pratica, il flat panel diventava un sistema in grado di proiettare contro le pareti circostanti diversi fasci acustici distinti (uno per ogni canale audio), in modo tale che questi giungessero all’ascoltatore dalla direzione corretta (dal lato per i due canali stereo anteriori, e da dietro per i canali surround posteriori).

Il vantaggio era ovvio: niente più installazioni complesse e lunghi cavi su cui inciampare. L’idea catturò immediatamente l’interesse del mercato. Infatti il primo modello di soundbar prodotto da Yamaha, YSP-1, vinse il prestigioso premio “Best Of Show” all’edizione 2005 del Consumer Electronics Show. Subito dopo numerose aziende concorrenti, fra cui Polk Audio, JVC, Definitive Technology, Denon, iniziarono a produrre le loro soundbar, con caratteristiche diverse, ma basate su principi simili. La Yamaha, ovviamente, quando lanciò la serie YSP, non aveva in mente applicazioni olofoniche o audio 3D.

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Yamaha YSP 1

Le soundbar, infatti, erano motivate da esigenze pratiche (reticenza a installare più diffusori acustici nell’ambiente) e di design tecnologico (televisori sempre più sottili che non potevano più ospitare altoparlanti di grandi dimensioni).

Eppure, con questa proposta la Yamaha aveva letteralmente stravolto due paradigmi classici della diffusione acustica. Il primo paradigma ad essere scardinato era quello della diffusione omnidirezionale da punti specifici dello spazio, in vigore da sempre. Infatti non si parlava più di diffusori acustici, ma di un unico “proiettore” acustico in grado di focalizzare più fasci acustici indipendenti in direzioni distinte (“beamforming” acustico). Il secondo “paradigm shift” è quello dell’ambiente, che non viene più visto come un nemico da cui difendersi, ma come un insieme di riflettori acustici passivi che possono essere sfruttati per emulare una distribuzione spaziale di casse acustiche.

 

Lo specchio “magico”

Viene quindi spontaneo chiedersi se questi due cambi di prospettiva non possano essere spinti ancora più in là di quanto fatto da Yamaha. Torniamo, per esempio, al problema dell’olofonia. Come ho già avuto occasione di spiegare, l’olografia acustica mira a riprodurre accuratamente il campo acustico desiderato in un’ampia zona d’ascolto. Per far questo, fa uso di una schiera di numerosi altoparlanti di piccole dimensioni, disposti su una linea curva chiusa che circonda la zona d’ascolto. Per una corretta riproduzione delle alte frequenze è necessario che gli altoparlanti distino gli uni dagli altri solo pochi centimetri. Questo significa che una zona di ascolto di dimensioni ragionevoli (qualche metro quadro) richieda una schiera curvilinea chiusa di una decina di metri di lunghezza, sulla quale siano posizionati centinaia di altoparlanti.

Oltre agli ovvi problemi di costo e ai problemi pratici di gestione di centinaia di canali e altoparlanti in un ambiente domestico, non dobbiamo dimenticarci che l’ascoltatore deve poter accedere agevolmente alla zona di ascolto, nonostante questa sia completamente circondata da una fitta schiera di altoparlanti.

Se però pensiamo all’ambiente circostante come a un insieme di riflettori (specchi) acustici, si aprono improvvisamente nuove possibilità interessanti. Immaginiamo, ad esempio, di piazzare un altoparlante in un ambiente dov’è presente un riflettore acustico. Capiamo subito che, oltre all’altoparlante reale comparirà anche la sua “immagine” riflessa sullo specchio acustico (altoparlante immagine). Più in generale, se mettiamo una schiera di altoparlanti (una soundbar, per intenderci) in una stanza dove sono presenti più pareti riflettenti, a questa schiera si aggiungono molte “schiere immagine”.

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Poiché queste schiere sono proiettori acustici controllabili via digitale, sia la schiera reale sia le schiere immagine diventano controllabili in modo indipendente, e quindi si può immaginare che costituiscano una schiera virtuale che circonda completamente la stanza pur senza invaderla fisicamente. Per fare questo, ovviamente, il sistema deve conoscere a priori la configurazione e la disposizione spaziale sia dei proiettori acustici (self-awareness) sia degli specchi acustici (environment-awareness).

Siccome questa conoscenza il sistema audio generalmente non ce l’ha, l’unica possibilità è che “se la procuri da solo” attraverso una “esplorazione acustica” dell’ambiente d’ascolto. Fantascienza?

 

Progetto SCENIC

Non proprio: due anni fa (2009), infatti, sono iniziati i lavori del progetto SCENIC (Self-Configuring Environment-Aware Intelligent Acoustic Sensing), un progetto Europeo molto ambizioso da me promosso e coordinato, che coinvolge il laboratorio di “Sound and Music Computing” del Politecnico di Milano, l’università di Erlangen-Norinberga, l’Imperial college di Londra e la Fondazione Bruno Kessler di Trento.

In questo progetto si studiano nuove metodologie di acustica geometrica e acustica computazionale, che consentono di risolvere i problemi descritti sopra, e quindi di rendere l’olofonia una tecnologia finalmente accessibile.

 

Allora dove sta il salto quantico?

Possiamo immaginare un sistema di diffusione audio dotato di un certo numero di “display” acustici intelligenti: dei piccoli e sottili proiettori acustici che montano una schiera planare di mini-altoparlanti, disposti dove possibile nella stanza. Questi display sono dotati anche di una schiera di microfoni, quindi sono in grado di “esplorare” lo spazio acustico per identificare e localizzare gli specchi acustici (pareti, ante di mobili, ecc.). Una volta compresa la struttura dello spazio acustico, il sistema sfrutta i proiettori e gli specchi per costruire una schiera virtuale di altoparlanti che ci circondi completamente, per una riproduzione del campo acustico il più fedele possibile.
Un’utopia? Direi di no.


 

 

 

 

 

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