Il sistema DSR, cuore tecnologico dei diffusori ESB Serie 7, è stata un'intuizione rivoluzionaria. Interamente sviluppato all'interno del centro ricerche ESB, il sistema ha permesso di ricreare, per la prima volta, nei minimi dettagli l'immagine del palcoscenico e dei suoi interpreti, nella riproduzione di un programma musicale. Proprio come dal vivo.
Nel 1979 entra a lavorare come progettista nella ESB Renato Giussani. Ingegnere di fisica meccanica, appassionato di altoparlanti dalla giovane età, scrittore e fondatore della Rivista Audio Review, uscirà dalla ESB nel 1984 per fondare una casa editrice (Orologi, la rivista più importante) e poi tornare a progettare casse acustiche con Giussani Research, attività tuttora seguita dal figlio Marco dopo la sua prematura scomparsa il 25 Luglio 2014. La creazione più importante di Renato Giussani all’interno della ESB è il progetto serie 7 ed il DSR.
L’Innovazione del DSR resta una conquista della ESB ad oggi ancora non applicata da altri produttori, nonostante la ovvia capacità di ricreare una scena Acustica stabile ed ampia come non riesce a fare nessun altro sistema acustico. La spiegazione della mancata imitazione (spesso quasi scontata per altre tecnologie) sta nella costruzione del diffusore un pò complessa (la 7/05 e’ formata da 90 pezzi diversi di legno) e nel calcolo della dispersione angolare (lobo) degli altoparlanti alle diverse frequenze su cui devono lavorare.
Il sistema D.S.R.
(Articolo estratto dal catalogo ESB sopra raffigurato, stampato nel 1985)
Il concetto di “Distribuzione dello Spettro” delle frequenze Audio si applica nel DSR secondo due modalità nettamente distinte che potremo, per semplicità, chiamare Distribuzione Orizzontale e Distribuzione Verticale.
Il DSR ORIZZONTALE
In qualsiasi sistema stereofonico la massima ampiezza della scena acustica ricostruita è coincidente con la distanza che separa i diffusori.
In una qualsiasi posizione di ascolto lo spettatore percepisce un segnale complessivo costituito dalla somma del valore del campo diretto nel punto da lui occupato (segnale inviatogli direttamente dal diffusore) e dall’apporto del campo riverberato, costituito dalla somma di tutte le riflessioni e le code sonore dell’ambiente. In presenza di emissione acustica di segnale musicale in normali ambienti domestici, il livello di pressione caratteristico del campo riverberato è nettamente predominante su quello diretto alle basse frequenze, mentre alle alte avviene esattamente il contrario.
Nella sezione dedicata del sito, Doug Sax (fondatore della The Mastering Lab e co-fondatore della Sheffield Lab) dirà esattamente quello che è scritto di seguito per spiegare il DSR, ma non con termini tecnici, lo dirà con le parole di un audiofilo:
"Il risultato era emozionante, molto più che accurato; una perfetta ricostruzione priva di fatica degli strumenti, della stanza, dell’interpretazione dei musicisti e della loro emozione. Io non ho mai sentito un altoparlante ricreare la spazialità di queste meraviglie italiane. Le ESB 7/06. Una esperienza ristoratrice..."
Catalogo ESB del 1985
Quando nel 1975 la ESB introdusse i concetti dell’allineamento verticale e del massimo
avvicinamento dei suoi midrange e tweeter a cupola morbida, realizzò una Unità Medio-Alti
presa come riferimento dai costruttori di tutto il mondo.
IL PROBLEMA
Se l’ascoltatore è equidistante dai due diffusori e questi emettono segnali uguali, la sorgente virtuale di cui si percepirà la presenza sarà unica e posizionata al centro fra i due diffusori reali. Quando però l’ascoltatore non può porsi esattamente sull’asse di simmetria del sistema, ogni spostamento dal punto ideale comporterà un aumento del livello del segnale diretto percepito dal diffusore cui si sarà avvicinato ed una diminuzione dell’altro.
La cosa importante da osservare è che (in termini di campo complessivo percepito), a causa della esistenza del campo riverberato, per spostamenti entro un’area di ascolto ragionevole per un ambiente domestico, le variazioni di livello saranno confinate quasi esclusivamente a frequenze superiori ai 1.000/2.000 Hz; le variazioni di livello che eventualmente intervengono a frequenze inferiori, possono essere di entrambi i segni a seconda dell’andamento del campo di prime riflessioni e di onde stazionarie che si sarà instaurato in quell particolare ambiente e, come tali, non sono da tenere in conto ai fini della localizzazione.
Dunque l’effetto di un ascolto a posizione asimmettrica, con diffusori a direttività costante o omindirezionale o ad ampia dispersione tradizionali e tradizionalmente orientate, sarà sempre affetto da due tipi di distorsioni:
1) Prospettica, conseguente alla localizzazione delle sorgenti virtuali slittata verso il diffusore più vicino. Ciò avviene per tutte le sorgenti tranne che per quelle generate da segnali “solo sinistro” o “solo destro”, per cui l’ampiezza apparente della scena acustica non varia, ma si deforma comprimendosi da un lato e rarefacendosi dall’altro;
2) Timbrica, conseguente alla diminuzione del livello delle alte frequenze percepito dal diffusore più lontano e all’aumento di quelle ricevute dal più vicino.
LA SOLUZIONE
In un’esperienza classica Stevens e Newman (1) dimostrano che per localizzare le sorgenti acustiche nello spazio il nostro sistema uditivo utilizza sia le informazioni temporali che quelle di intensità. Ovvero in presenza di due sorgenti acustiche uguali funzionanti insieme la posizione di emissione apparente sarà più vicina a quella delle due il cui segnale arriva prima o più forte alle orecchie dell’ascoltatore. Ma l’esperimento definì che a frequenze inferiori ai 1.500 Hz per la localizzazione vengono preferite le informazioni sul tempo di arrivo, mentre al di sopra dei 3/4.000 Hz vengono utilizzate le differenze di intensità. Ricordiamo quanto detto sui campi diretto e riverberato degli ambienti domestici, e considerando che il campo acustico alle basse frequenze è affetto da irregolarità rilevanti causate da riflessioni e onde stazionarie, mentre il campo riverberato non e’ in grado di fornire informazioni direzionali, appare evidente come un sistema stereofonico studiato per offrire una localizzazione corretta sulla base di variazioni di intensità alle frequenze medie ed alte, sia particolarmente promettente.
Le novità dell’approccio DSR (orizzontale) al problema delle deformazioni timbriche e prospettiche per posizioni di ascolto non equidistanti dai due diffusori, consistono quindi nelle seguenti due proposizioni:
1) In normali ambienti domestici la localizzazione delle sorgenti virtuali in una scena acustica dipende soprattutto dalle differenze di intensità fra i due canali destro e sinistro alle frequenze superiori ai 1.000/2.000 Hz;
2) Il sistema deve compensare le distorsioni prospettiche con un intervento in funzione della frequenza tale da ottenere anche l’invarianza timbrica su tutta la area di ascolto prevista.
Come già ampiamente chiarito in altre occasioni, l’invarianza della localizzazione delle sorgenti virtuali, centrali e non, in presenza di spostamenti laterali dell’ascoltatore può essere ottenuta orientando l’asse di massimo livello di emissione delle frequenze medio-alte di ciascun diffusore verso l’estremo opposto del luogo delle possibili posizioni di ascolto. Tale situazione è meglio illustrata nella figura quì sotto, nella quale sono schematicamente rappresentati i diffusori, la sorgente virtuale “V”, le posizioni di ascolto <1> ed <1’> ed i vettori la cui lunghezza indica la pressione acustica nelle due posizioni causata dall’emissione diretta di ciascun diffusore. Il risultato da ricercare è che la variazione di livello delle frequenze medio-alte causata dallo spostamento dalla posizione <1> a quella <1’> sia compensato da una variazione di livello di segno opposto, in funzione dell’angolo di emissione. L’orientamento dei lobi di emissione rappresentato in figura ottiene proprio un effetto del tipo desiderato e, dimensionando opportunamente i vari parametri, tale effetto puo essere reso esattamente opposto a quello causato da uno spostamento laterale, alla prevista distanza di ascolto.
La tradizionale alta dinamica dei sistemi ESB, punto di forza da sempre, si sposa alla perfezione
con le nuove esigenze di ascolto create dalla rivoluzione digitale. Il woofer da 320 mm è uno dei migliori componenti di questo tipo mai realizzati e garantisce distorsioni bassissime.
Il Sistema DSR prevede di distribuire in senso orizzontale in modo non convenzionale lo spettro audio in funzione dell’angolo di emissione. Con questa tecnica la prospettiva e la timbrica della scena acustica permangono invariate per qualsiasi posizione di ascolto.
In presenza di segnali elettrici aventi uguale spettro ai morsetti di ingresso dei due diffusori, l’ascoltatore potrà dunque
percepire da “L” e da “R” segnali acustici complessivi, somma dei rispettivi campi diretti con quello riverberato, uguali per qualsiasi ragionevole posizione di ascolto; cioè ottiene sia la desiderata invarianza prospettica della scena acustica, sia la invarianza timbrica di ciascuna sorgente virtuale in essa contenuta. I diffusori 7/06 rispondono esattamente alle richieste di orientazione (34 gradi) per una distanza di ascolto pari ad 1,5 volte quella che separa i diffusori (ascolto centrale di fronte al pannello del woofer inclinator di 18 gradi). Tale condizione e’ prevista anche da Kates (2) nella sua tabella n.1 per Y/D1 = 3, e la soluzione teorica prevista alle “alte frequenze” contempla una ampiezza a -3dB del lobo di dispersione pari a 90 gradi. Nel caso della 7/06 l’ipotesi della formazione di un campo riverberato avente un andamento in funzione della frequenza dipende dalle caratteristiche acustiche di un ambiente domestico tipico e la richiesta di invarianza timbrica su tutta l’area di ascolto hanno condotto a realizzare un lobo di dispersione di ampiezza variabile fra i 110 gradi a 2.000 Hz e i 60 gradi a 12,5 KHz. con valore di 90 gradi a 4.000 Hz. Il risultato finale sono perciò dei diffusori che, rispetto alla proposta convenzionale, oltre ad avere l’asse di massimo livello opportunamente orientato, sono caratterizzati da una dispersione opportunamente ridotta e decrescente con continuità all’aumentare della frequenza, secondo un andamento prestabilito.
Dalla scelta di distribuire in senso orizzontale lo spettro audio in funzione dell’angolo di emissione discendono i seguenti vantaggi:
1) La possibilità di risolvere correttamente la struttura orizzontale della scena acustica nelle varie sorgenti virtuali elementari da qualsiasi posizione di ascolto.
2) Percezione del’informazione timbrica relativa a ciascuna sorgente virtuale corretta da qualsiasi posizione di ascolto.
IL DSR VERTICALE
I diffusori 7/06 hanno un’altezza rilevante rispetto alle altre due dimensioni e gli altoparlanti sono dislocati a distanze notevoli l’uno dall’altro. Ad esempio fra il centro del woofer e quello del mid-basso della 7/06 vi sono ben 63 cm., distanza inusitata per un progetto convenzionale. Infatti la logica della “massimizzazione” dell’angolo di dispersione esente da alterazioni porta a scegliere di disporre i componenti in verticale sul pannello del diffusore ad una distanza minima fra loro e possibilmente inferiore ad 1/2 della lunghezza d’onda, alla frequenza di incrocio. Nel Sistema DSR tale distanza viene scelta sui valori prossimi ad una intera lunghezza d’onda alla frequenza di incrocio (del woofer con il medio basso). Le considerazioni che sono alla base di questa scelta tengono conto della risoluzione delle sorgenti da parte del nostro sistema uditivo in funzione dell’angolo di ricezione verticale e della frequenza (Rodgers, 3).
Le sorgenti acustiche reali sono collocate in uno spazio a tre dimensioni ed hanno esse stesse tre dimensioni. Il nostro sistema uditivo e’ in grado di distinguere i vari segnali che riceve dalle diverse direzioni, sia in senso orizzontale che in senso verticale e, proprio grazie alla diversa dislocazione nello spazio, può meglio selezionare il segnale al quale vuole “prestare attenzione”, separadolo dagli altri contemporaneamente presenti (ad es. quando si parla con una persona nella confusione di una stanza affollata, “Cocktail Party Effect”).
Con una sorgente acustica artificiale (il diffusore), che riemetta tutti i segnali da un unico punto, questa operazione sul vettore intensità acustica non è più possibile. Distribuendo le zone di emissione sulla dimensione verticale del diffusore (non disturbando così l’effetto stereo orizzontale) in modo che a segnali differenti corrispondano zone di emission diverse, si restituisce al sistema uditivo la possibilità di selezionare ed analizzare il particolare desiderato sia utilizzando differenze di spettro, sia di angolo di ricezione. Non v’è dubbio che questa situazione di ascolto è più realistica di quella in cui le tre dimensioni del mondo reale sono ridotte al centro di una “sfera pulsante”. Una distanza dei trasduttori superiore a quella prescelta (per assurdo di alcuni metri) porterebbe viceversa alla difficoltà da parte del sistema uditivo di considerare ciascun diffusore come sorgente acustica coerente; come dire che le varie porzioni di spettro apparirebbero come emesse da elementi completamente distinti, senza la possibilità di ricostruire la sensazione di segnale unico proveniente da un’unica sorgente estesa, univocamente posizionata nello spazio. Tale condizione deve essere necessariamente rispettata autonomamente per l’emissione dello spettro di ciascuna sorgente acustica virtuale, indipendentemente della dimensione verticale massima e dalla quota che le verranno soggettivamente attribuite.
Dalla scelta di distribuire in senso verticale lo spettro audio, in funzione dell’angolo di ricezione, discendono i seguenti vantaggi:
1) Possibilità di risolvere i programmi complessivi nei vari segnali elementari;
2) Conferimento alla scena acustica virtuale di una realistica dimensione verticale;
3) Autodimensionamento delle zone di emissione in funzione dell spettro emesso congruente con la situazione reale.
Dalla scelta di distribuire lo spettro audio sia in senso orizzontale che verticale, deriva infine il vantaggio di conferire alla scena acustica una tridimensionalità ed una stabilità che rendono meno avvertibile la presenza dei diffusori.
Il Sistema DSR prevede di distribuire in senso verticale lo spettro audio in funzione dell’angolo di ricezione. Il risultato è una scena acustica dotata di una realistica dimensione verticale entro la quale risulta più agevole distinguere le varie sorgenti musicali.
Richard Heyser e le ESB 7/06
Una prova pubblicata sulla rivista Audio Americana spiega ancora meglio il progetto ESB DSR. Articolo tratto dal sito di Renato Giussani (link all'articolo, "Anche i geni sbagliano") che allora lavorava in ESB in qualità di Ingegnere capo, e che fu l’interlocutore di Richard Heyser nell’evento sotto descritto.
Quando, negli anni ’80 del secolo scorso, il Dott. Richard Heyser (chi non sa chi è stato Richard C. Heyser può leggere il breve box in fondo alla pagina) ricevette l’incarico di effettuare, per conto della rivista americana di alta fedeltà AUDIO per la quale faceva le misure e scriveva tutti i mesi le prove dei diffusori (più o meno come facevo io per Audio Review…), la prova tecnica della casse ESB 7/06 (pubblicata sul numero di novembre 1983, di AUDIO Magazine), non si preoccupò più di tanto del danno che una sua eventuale leggerezza avrebbe potuto procurare ad una piccola ditta italiana ed al suo giovane progettista, che poi ero io.
Dette incarico a qualcuno di effettuare le misure standard di AUDIO senza tenere nel minimo conto le mie raccomandazioni di effettuare la misura corrispondente a quella in camera anecoica ad una distanza di almeno 2,5 metri (visto che la cassa è alta 140 cm e gli altoparlanti, in conseguenza del progetto DSR, sono molto distanti fra loro) e ad una quota rispetto al tweeter che tenesse conto della altezza da terra delle orecchie di un ascoltatore seduto.
Il risultato è che la misura che venne prodotta e pubblicata su AUDIO era molto simile a quella quì sopra, riferentesi alla risposta ad 1 metro di distanza sull’asse del tweeter di un sistema (il The Audio Speaker 1.3) che presenta una distanza woofer-midrange simile a quella che nella 7/06 separa il woofer dal mid-basso. Nonostante il vistoso buco nella risposta all’incrocio woofer/mid-basso (provocato dal grande sfasamento fra le emissioni dei due componenti misurati da quella posizione anomala) e lo squilibrio di livello woofer/medio-alti (che, peraltro, nelle sue risposte in ambiente, giustamente, non si evidenziavano) il giudizio complessivo del test fu abbastanza lusinghiero, il che mi lasciò non poco perplesso… Poco tempo dopo la pubblicazione della prova su AUDIO (ricordo che mi sto riferendo alla rivista originale, quella USA) ebbi l’occasione di incontrare Heyser al Consumer Electronics Show e gli feci notare l’errore e l’incongruenza e gli chiesi una rettifica. Fra l’altro gli dissi che le mie misure non avevano mai rilevato buchi simili se non a distanza ravvicinata, mentre alla normale distanza d’ascolto era sempre stato tutto OK.
Il grafico quì sopra è quello che avrebbe potuto pubblicare su AUDIO se si fosse degnato di fare la misura (sia pure in campo libero) ad 1,1 metri dalla quota della base della cassa ed a 2,5 metri dal pannello frontale. Come si vede, il buco sui medio-bassi non c’è, come era logico aspettarsi da una cassa che, tutto sommato, che suonasse bene lo aveva capito e dichiarato anche lui. Anche se, inspiegabilmente, non aveva capito se la eccezionale stabilità della prospettiva stereofonica che aveva ascoltato era dovuta al DSR o no. E a cos’altro? Visto che era l’unica caratteristica delle 7/06 cui si potesse ragionevolmente far risalire una così marcata differenza, sotto questo aspetto, rispetto a tutti i sistemi convenzionali.
Un genio, lo era senz’altro, e mi dispiace che non sia qui con noi per farsi tradurre e leggere queste brevi note, ma un po’ di modestia non avrebbe certamente guastato.
PS: Le risposte pubblicate sono le simulazioni delle risposte in frequenza, calcolate con Cross-PC 4.0, per un sistema The Audio Speaker 1.3 (ad 1 m di distanza sull’asse del tweeter GRAF.1 ed a 2,5 m di distanza e 110 cm dalla quota della base della cassa GRAF.2), senza introdurre il calcolo delle variazioni introdotte dalla presenza del pavimento.
Ed ecco le conclusioni della prova pubblicata sul n. di novembre 1983 di AUDIO Magazine (gentilmente offerto da Michael Sastra di Audio Classics. Grazie Michael!) ed il grafico “incriminato”.
"Piano and human voice, the two most difficult sources, are accurately reproduced, with no change in sound balance over the important frequency range which covers the octave below Middle C through the octave above Middle C. Spectral response in the frequencies above this range suffer from small irregularities, but, on the whole, these frequencies are reproduced well. I tried various combinations of the three equalizer settings, and I believe that the best overall spectral balance is obtained with the reference positions identified by ESB as “Normal.” This system can handle very high sound pressure levels with ease, but I sensed a tendency for certain program material to get “blasty” at high levels; female vocal and horn seemed to be the most bothered by this problem in my opinion. Subsequent technical measurements revealed this to be the equivalent of a “wolftone” about two octaves above Middle C. (This is discussed under “Measurements.”) Stereo imaging is excellent, and the stereo illusion remains intact at all reproduction levels-soft to extremely loud. I cannot say whether ESB’s “Distributed Spectrum” concept was the cause, but the stereo image is solid and not materially influenced by where one sits. I was favorably impressed by the sound of the system when I first heard it at the January 1983 CES, and remained impressed when-given the opportunity to run it through its paces. lf one places it on a firm platform, so it will not readily topple, and throws the grille away, the sound is excellent."
Richard C. Heyser
Livello di pressione sonora in asse ad 1 metro di 1 watt a 4 ohms.
Inoltre, la risposta su tutta la gamma fino ai 1.000 Hz visibile sul grafico quì sopra risente probabilmente degli effetti di alcune riflessioni non ben filtrate dalla finestratura temporale scelta per la misura, che potrebbe avere influito anche sul livello rilevato, accentuando l’andamento in salita della curva causato già dalla rilevazione della risposta da distanza troppo ravvicinata, che ha posto il microfono molto più vicino a tweeter e mid-alto che a mid-basso e woofer.
107th Convention - Jacob K. Javits Center, New York. New York, USA
1999 Sept. 24-27
TECHNICAL COUNCIL “OPEN HOUSE” RECEPTION AND RICHARD C. HEYSER MEMORIAL LECTURE
Saturday, September 25 5:00 PM
This year’s Technical Council Open House Reception introduced a new feature, The Richard C. Heyser Memorial Lecture, which was established May 1999 by the Audio Engineering Society Technical Council and Board of Governors to honor the memory of Richard Heyser. Mr.Heyser was a scientist at the Jet Propulsion Laboratory of the California Institute of Technology, an inventor who was awarded nine patents in the field of audio and communication techniques, including time-delay spectrometry. He also was widely known for his patience and ability to clearly present and communicate new and complex technical ideas. Mr. Heyser generously aided the Society not only through his technical contributions, but also through his service to its growth and organizational development as an AES Governor and the Silver Medal recipient. He died in March 1987 shortly before he was able to assume office as the President of the Society.