Con beamforming s’intende una tecnica di “formazione del fascio”, basata sull’elaborazione digitale del segnale, che consente di controllare la direzione di propagazione del suono. Ciò avviene utilizzando più trasduttori - microfoni o altoparlanti - disposti in array per creare un fascio sonoro che può essere orientato e modellato allo scopo di concentrare il suono stesso in una direzione specifica, minimizzare il rumore proveniente da direzioni non volute e migliorare l’intelligibilità del parlato in ambienti rumorosi o riverberanti. In questo articolo approfondiremo l’argomento con particolare riferimento alla sua implementazione nei diffusori della nostra rappresentata Harmonic Design.

La possibilità di poter controllare a piacimento il diagramma di dispersione dei diffusori, cioè il modo in cui il suono si propaga nello spazio a partire dalla sorgente sonora, è un tema che ha sempre affascinato i ricercatori di elettroacustica e gli ingegneri del suono. Prima dell’avvento del digitale, tuttavia, l’approccio alla materia era piuttosto ostico per evidenti ragioni tecniche legate al mondo analogico. Si, perché di beamforming si parla in realtà da decenni, anche se in settori diversi dall’acustica (in particolare, nella radiofrequenza), dove è stato utilizzato, ad esempio, in ambito militare addirittura a partire dalla Seconda Guerra Mondiale!

Per quanto ci riguarda, invece, le prime applicazioni risalgono a una decina di anni fa con l’intento di risolvere problematiche che hanno, da sempre, afflitto la riproduzione sonora, soprattutto in ambiente chiuso e in situazioni critiche. 

 

Come funziona il beamforming e quali problematiche può risolvere?

Il principio su cui si basa questa tecnologia è quello del ritardo di fase e della somma delle emissioni dei vari altoparlanti che costituiscono l’array. In pratica, si applicano dei ritardi temporali ai segnali inviati a ciascun trasduttore, per cui sommando successivamente le loro emissioni, si ottiene un rinforzo nella direzione desiderata e una cancellazione in quelle non volute. Questa tecnica può essere implementata sia nel dominio del tempo che della frequenza. 

Il beamforming può essere considerato una versione più sofisticata del beamsteering, una tecnica utilizzata in acustica per controllare la direzione di emissione del suono da un array di altoparlanti senza doverli fisicamente orientare verso il punto di ascolto. Grazie all’utilizzo dei DSP, il beamsteering permette di creare un lobo di emissione direzionato verso una zona specifica, ma a differenza del beamforming non consente di creare fasci multipli indipendenti, sopprimere i lobi laterali indesiderati e controllare in maniera così precisa il diagramma polare risultante.

 

Grazie alla possibilità di direzionare uno o più fasci sonori nelle direzioni volute, le tecniche di beamforming consentono di:

• Migliorare l’intelligibilità del parlato in ambienti riverberanti, come chiese, luoghi di culto o altri luoghi al chiuso con superfici non trattate acusticamente. Ambienti di questo tipo sono caratterizzati in genere da volumi molto ampi, soffitti alti, superfici irregolari realizzate con materiali duri e acusticamente riflettenti come pietra, marmo o vetro. Tutti questi elementi contribuiscono a generare un riverbero prolungato, che rende difficile distinguere le parole, soprattutto quando il suono si diffonde da molti diffusori. 
  
  
• Ridurre la dispersione sonora in zone non utili, evitando di disperdere l’energia dove non serve.
  
  
• Rendere l’angolo di apertura sostanzialmente indipendente dalla frequenza. Mentre i line array convenzionali aumentano la loro direttività all‘aumentare della frequenza, con il risultato di un lobo principale largo alle basse frequenze e uno stretto alle alte frequenze, nei sistemi beamforming come quelli di Harmonic Design ciò non avviene, in quanto la dispersione verticale è controllata.
  
  
• Donare all’ambiente un aspetto più pulito e ordinato. I diffusori, infatti, possono restare fissi e parzialmente occultati. Grazie all’elaborazione digitale del segnale, i lobi di emissione sono reindirizzabili all’occorrenza, secondo le necessità. 

La tecnologia beamforming di Harmonic Design

La tecnologia beamforming sviluppata da Harmonic Design, introdotta nel 2016, consente di modellare con precisione il diagramma polare di emissione dei propri diffusori acustici, focalizzando il suono solo nelle aree realmente utili all’ascolto.  

I diffusori a colonna della serie HD Beam sono progettati con cabinet sottili, solo 80 mm di larghezza, risultando quasi invisibili nelle installazioni permanenti; risultano i più stretti disponibili in commercio basati su questa tecnologia. Il loro design elegante in alluminio verniciato a polvere e la griglia in acciaio fine li rende ideali per integrarsi armoniosamente in qualsiasi contesto architettonico. Utilizzano una serie di altoparlanti full-range in modo da evitare sfasamenti tra le frequenze, garantendo una copertura orizzontale ampia e uniforme. Ben otto sono i modelli in catalogo, rispettivamente dotati di 8, 16, 24 o 32 altoparlanti da 2” o 3”, secondo i modelli, in configurazione array.

Per adattare i vari diffusori al luogo specifico è necessario prima eseguire una simulazione e modificare i parametri del fascio. Per questo motivo, nel software remoto hd LevelZ è stato integrato uno strumento di simulazione completo che consente d’impostare i parametri quali altezza, profondità e altezza del locale e posizionare il diffusore nella maniera desiderata per iniziare a valutare il diagramma del fascio 2D e il grafico SPL a varie frequenze fino a quando non si raggiungono le impostazioni finali.

Dal punto di vista tecnico, il beamforming di Harmonic Design permette di controllare l’angolo del lobo di emissione verticale entro ±60° con passi di 0,1° e di generare fino a quattro fasci principali separati. Si noti che la dispersione sul piano orizzontale è costante e pari circa a 100°.

Inoltre, grazie all’algoritmo proprietario ADO (Advanced Directivity Optimization), è possibile sopprimere i lobi laterali indesiderati, migliorando ulteriormente la chiarezza del parlato anche in ambienti molto riverberanti.

Ecco di seguito alcuni esempi di come il fascio viene indirizzato secondo l’angolo prescelto:

 

Fascio a 0°

Fascio a -7°

 

Fascio multiplo a +5° / -23°

 

Questa tecnologia si integra con il protocollo Dante per la trasmissione audio digitale su IP e offre configurazioni modulari fino a 32 canali DSP / amplificatore, rendendo i diffusori scalabili e personalizzabili secondo le necessità di sonorizzazione.

 

Uno sguardo al futuro

Il futuro del beamforming nel settore dell’audio professionale si preannuncia rivoluzionario, con applicazioni sempre più sofisticate e diffuse in ambiti come installazioni fisse, teatri, stadi e luoghi di culto, ma anche nel touring, pur trattandosi al momento di una esigenza meno sentita.  

Grazie alla crescente potenza dei DSP e alla corrispondente riduzione dei costi, i sistemi beamforming stanno diventando sempre più accessibili e scalabili.  

In prospettiva, vedremo una maggiore integrazione con protocolli come Dante per la trasmissione audio su IP, e una personalizzazione spinta grazie a software di simulazione acustica e controllo remoto. Il beamforming diventerà, in sostanza, sempre più “intelligente”, capace di adattarsi dinamicamente all’ambiente e al pubblico, aprendo la strada a esperienze sonore immersive ad hoc.

Vuoi saperne di più?

Per maggiori informazioni contatta il tuo agente di zona o scrivi una mail a info@audioeffetti.it.