Holoplot

In attesa di ascoltarlo personalmente, abbiamo raccolto alcune considerazioni sulle possibilità che rende disponibili e sulla tecnologia che sta alla base del suo funzionamento.

Cos’è, e cosa ci si può fare?

La tecnologia 3D Holoplot Matrix è una forma avanzata di riproduzione sonora che permette in sostanza di controllare la direttività dei diffusori nello spazio 3D circostante in maniera particolarmente precisa e versatile, su entrambi gli assi verticale e orizzontale. Questo consente, per esempio, di coprire con precisione lo spazio occupato dal pubblico, qualsiasi sia la forma della venue, minimizzando riflessioni e dispersioni.
Ma non solo: è possibile, per esempio, configurare il sistema in modo che un singolo array riesca a diffondere segnali differenti in zone differenti, contemporaneamente: ciascuna zona coperta da contenuti dedicati, con un proprio livello sonoro indipendente, una propria equalizzazione e una propria forma. Questo può permettere, per esempio, di diffondere contenuti in lingue differenti su zone differenti di uno stesso parterre di una sala per conferenze; oppure di diffondere commenti specifici nei pressi delle diverse installazioni in un museo o in una sala per esposizioni.
L’idea del produttore è quella di ‘controllare la diffusione sonora nello stesso modo in cui è possibile controllare i raggi luminosi’, e in effetti la tecnologia Holoplot promette di consentire lo zoom dei contenuti desiderati anche su spot comprendenti piccoli gruppi di persone, anche fino al singolo individuo nell’audience.
Di fatto questa tecnologia rappresenta un significativo passo avanti nell’ambito di quello che da qualche tempo viene presentato come ‘audio immersivo’, permettendo di costruire ‘oggetti sonori’ separati nello spazio tridimensionale, statici o anche dinamici, anche eventualmente associati in tempo reale a eventuali altri elementi dinamici della scena, in un modo che finora non era di fatto possibile, o almeno non con questa versatilità.
I diffusori possono essere disposti in maniera circolare o semicircolare intorno all’area di ascolto, o in altre configurazioni che consentano una riproduzione della scena sonora più accurata, in base alle specifiche della rappresentazione. È anche possibile adattare la risposta del sistema di diffusione alle caratteristiche di riverberazione dell’ambiente di ascolto. Alcuni sistemi possono anche incorporare tecnologie di tracciamento del pubblico, oltre che delle sorgenti, per adattare dinamicamente la riproduzione della scena sonora in base alla posizione dell’audience.

I diffusori

Holoplot presenta attualmente sul proprio sito internet due serie di diffusori: X1 e X2. La serie Holoplot X1 è evidentemente pensata per l’utilizzo in ambito professionale e comprende al momento due moduli audio: MD96 è un modulo a due vie che integra 96 altoparlanti su due livelli; MD80-S è un modulo a tre vie che comprende 80 altoparlanti nei primi due livelli e un subwoofer controllato da un sistema di sensori nel terzo livello.
Ciascun modulo MD96 contiene 78 tweeter a cupola da 1,3” con guida d’onda integrata nel layer anteriore (HF) e 18 coni da 5” nel layer posteriore (LF), può arrivare ad assorbire complessivamente una potenza equivalente continua di 650 W (1450 W di picco), ha dimensioni 80 cm × 60 cm × 46 cm e pesa 100 kg.
Ciascun modulo MD80-S contiene 64 tweeter a cupola da 1,3” con guida d’onda integrata nel layer anteriore (HF), 16 coni da 5” nel layer mediano (LF) e un subwoofer da 18” con doppio magnete nel layer posteriore (SUB); è in grado di estendere in basso la risposta del sistema al di sotto dei 30 Hz, può arrivare ad assorbire complessivamente una potenza equivalente continua di 1040 W (1710 W di picco), ha dimensioni 80 cm × 60 cm × 98 cm e pesa 160 kg.
La serie Holoplot X2 è pensata per l’amplificazione ottimale della voce, anche in ambienti acusticamente difficili, e per integrarsi architettonicamente in maniera meno intrusiva rispetto ai moduli della serie X1; comprende attualmente il modulo MD30, contenente 30 altoparlanti full-range da 2,5” disposti su una matrice rettangolare. Il singolo modulo è ampio circa 60 cm × 31 cm, è profondo 14 cm e pesa poco meno di 16 kg.
All’interno di ciascun modulo, di entrambe le serie, ogni singolo altoparlante è pilotato da un finale di potenza dedicato, e ciascun modulo integra un motore DSP capace di fornire un segnale elaborato individualmente per ciascun canale. Naturalmente, Holoplot comprende una suite completa di software di supporto a progettazione, configurazione e controllo dei sistemi, in grado di interagire con il software a bordo dei DSP.

Ritardando reciprocamente i segnali che alimentano i diffusori, la direzione di massima propagazione varia rispetto all’asse del cluster.

Ma come funziona?

Due altoparlanti affiancati, che emettono lo stesso segnale, producono un campo sonoro che è il risultato della sovrapposizione (interferenza) dei due segnali.
È noto che la sovrapposizione di due segnali può produrre un aumento della pressione sonora complessiva se questi segnali sono in fase o comunque poco sfasati (interferenza costruttiva), mentre può produrre una diminuzione della pressione sonora complessiva se i due segnali sono più o meno in controfase (interferenza distruttiva). Due segnali perfettamente in controfase si annullano completamente a vicenda.
La fase relativa tra i due segnali dipende dalla distanza temporale, ovvero dalla differenza nel tempo di arrivo, in rapporto alla lunghezza d’onda, mentre la lunghezza d’onda dipende dalla frequenza; quindi anche lo sfasamento – e la corrispondente pressione sonora complessiva – dipende dalla frequenza. In ciascun punto della sala alcune frequenze risulteranno attenuate rispetto al segnale originale, mentre altre frequenze saranno esaltate, in funzione della differenza di distanza tra il punto e le sorgenti. La risposta in frequenza complessiva dipende quindi dal punto, ovvero varia con la posizione.
In ogni caso, qualunque sia la frequenza del segnale riprodotto dai due altoparlanti, lungo l’asse centrale, di fronte al punto medio della congiungente tra i due diffusori, le distanze percorse sono le stesse per cui i due segnali arrivano in fase; quindi lungo l’asse centrale l’interferenza è sempre costruttiva – cioè tutte le frequenze vengono esaltate allo stesso modo – qualunque sia la frequenza. In ogni altro punto alcune frequenze saranno esaltate e altre attenuate, e il livello sonoro complessivo sarà inferiore.

Due sorgenti con apertura 180° simmetrica, distanti λ/2 l’una dall’altra, orientate frontalmente.

Lateralmente, all’esterno, lungo la direzione individuata dalla congiungente dei diffusori, alle frequenze per le quali la distanza tra i diffusori corrisponde esattamente a mezza lunghezza d’onda – oppure a un numero dispari di mezze lunghezze d’onda – l’interferenza sarà completamente distruttiva e tali frequenze saranno fortemente attenuate.

Se ora il segnale emesso da uno dei due diffusori viene ritardato, i due segnali non saranno più in fase lungo l’asse mediano; saranno però in fase in altri punti, dove la differenza nel tempo di arrivo dovuta alla differenza di percorso sommata alla differenza nel tempo di partenza è pari a un numero intero di periodi (a ciascuna frequenza, anche in questo caso). Nei punti in cui, invece, la differenza di percorso è pari a un numero dispari di mezze lunghezze d’onda, l’interferenza sarà distruttiva e il segnale complessivo risulterà attenuato.Quando, invece di soli due diffusori, la linea è formata da più di due sorgenti, l’effetto è ulteriormente accentuato. Se le emissioni delle varie sorgenti sono in fase tra loro, la direzione di massima emissione del cluster è sempre lungo l’asse di simmetria. 

Cinque sorgenti con apertura 180° simmetrica, distanti λ/4 l’una dall’altra, orientate frontalmente.

Ritardando progressivamente le varie sorgenti, è possibile orientare la direzione di massima emissione del cluster senza ruotare fisicamente l’array. Disponendo di più linee una davanti all’altra, è possibile in qualche modo controllare anche la diffusione anteriore rispetto a quella posteriore. Se, invece di una linea, i diffusori si possono disporre in schiera rettangolare, la diffusione diventa controllabile anche in verticale, oltre che in orizzontale. Oltre alla fase relativa, è possibile utilizzare come parametro di ingresso al sistema di controllo anche il livello di emissione di ciascuna sorgente rispetto alle altre, raffinando e ottimizzando così ulteriormente le possibilità di regolazione.
Da quanto riportato appena sopra derivano alcuni tra i metodi – noti e utilizzati ormai abbastanza comunemente – per rendere direttiva la diffusione delle basse frequenze posizionando opportunamente gruppi di subwoofer. Si tratta degli stessi metodi (chiamati beamforming) utilizzati da tempo per orientare il fascio di emissione (o di ricezione) dei segnali radio, nell’ambito della rice-trasmissione dei segnali a radiofrequenza. Una differenza fondamentale, tra la propagazione delle onde elettromagnetiche a frequenze radio su portante modulata e la propagazione delle onde acustiche in banda base, è che le dimensioni delle onde acustiche vanno da qualche metro in bassa frequenza (λ ≈ 6,9 m a 50 Hz) fino a pochi centimetri in alta frequenza (λ ≈ 3,4 cm a 10 kHz). Dal punto di vista del ritardo temporale, un periodo (cioè il tempo di propagazione di una lunghezza d’onda) a 100 Hz è pari a 10 ms, mentre a 10 kHz è pari a 100 µs (cioè 0,1 ms).

Due sorgenti con apertura 180° simmetrica, distanti λ/4 l’una dall’altra lungo la direzione di propagazione, orientate frontalmente. La sorgente anteriore è ritardata di T/4 rispetto a quella posteriore.

Nel sistema Holoplot, il segnale di ingresso viene analizzato, eventualmente scomposto in più bande di frequenza e correlato alle caratteristiche di diffusione impostate nel DSP. Il sistema individua poi la miglior configurazione della distribuzione dei segnali nei vari altoparlanti, assegnando un ‘peso’ per ciascun canale, ovvero a ciascun altoparlante viene assegnato un filtro che agisce applicando una risposta in ampiezza e in fase adatta per ciascun singolo diffusore, in modo da ottimizzare le interferenze così da ottenere il livello desiderato per ciascuna zona dell’audience.In un certo senso, il sistema funziona proprio come un proiettore che focalizza l’immagine sullo schermo, in una particolare posizione; così le emissioni dei singoli altoparlanti si combinano componendo un’immagine sonora nitida in una particolare posizione dello spazio.
Si tratta di una tecnica avanzata e complessa, che richiede un controllo preciso in tempo reale di una grande quantità di dati. Come al solito, tra l’altro, per arrivare a controllare con precisione segnali con un contenuto significativo di frequenze basse occorre disporre di sistemi di diffusione di dimensioni eventualmente ragguardevoli, paragonabili con le lunghezze d’onda dei segnali da controllare.
Una tale potenza di calcolo, capace di elaborare in tempo reale e con ritardi praticamente trascurabili anche diverse centinaia di segnali contemporaneamente, con una qualità compatibile con le esigenze dell’utilizzo professionale, fino a poco tempo fa era in pratica proibitiva. Con il progressivo aumento della disponibilità di potenza di elaborazione, il costo di un sistema di elaborazione dati abbastanza capace sta evidentemente diventando affrontabile, prima per i prodotti consumer e poi anche per i prodotti professionali.

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