Studio elettroacustico di un diffusore che insegnò a fare della stanza una parte del progetto

Che cos’è Allison One

A fine 1972 Roy Allison lasciò la Acoustic Research, dove era stato responsabile dell’ingegneria e della produzione accanto a Edgar Villchur (già co-inventore della sospensione pneumatica), e fondò una propria azienda.

Non lo fece per costruire un diffusore migliore di quelli che aveva contribuito a progettare, ma per costruire un diffusore diverso: uno che tenesse conto, fin dal disegno, del fatto che nessuno ascolta musica in una camera anecoica.

Il modello di punta che scaturì da quell’idea è il diffusore Allison One, apparso sul mercato nel 1975 al prezzo di 360 dollari l’uno.

Visto da fuori è un oggetto strano: una colonna alta poco più di un metro, 101 cm per 48 di larghezza e 26 di profondità, con lo schienale piatto destinato ad appoggiarsi al muro e il fronte formato da due facce inclinate, perpendicolari tra di loro, che si incontrano al centro a forma di cuneo.

Su ciascuna delle due facce sono montati 3 altoparlanti: un woofer da 10 pollici, un midrange a cupola e un tweeter, quindi 6 trasduttori per diffusore, disposti simmetricamente.

Il mobile pesa 30 chili, è impiallacciato in noce con finitura a olio, e le due file di altoparlanti sono coperte da griglie perforate sagomate.
Il volume interno utile è di soli 42 litri, condivisi dai 2 woofer e completamente riempiti di lana di vetro.

È poco, e lo si capisce facendo il conto approssimativo: un prisma di quelle dimensioni ha una cubatura di una sessantina di litri lordi, e fra spessore del legno, magneti, filtro e rinforzi ne restano disponibili poco più di quaranta.

Da quei 40 litri il progetto ricava una risposta utile che scende sotto i 30 Hz.

È il primo dei molti compromessi ben governati di cui è fatta questa cassa.

La fabbrica

Una scelta industriale distingue l’Allison Acoustics dalla quasi totalità dei costruttori del suo tempo, ed è utile saperlo prima di entrare nel merito tecnico.

La stragrande maggioranza dei diffusori di allora e in larga misura anche di oggi monta componenti abbastanza generici, per quanto di buona qualità, prodotti da poche industrie specializzate che riforniscono l’intero mercato.

Allison decise di progettare e costruire in proprio i trasduttori, il midrange ed il tweeter dell’Allison One non esistono in nessun altro diffusore al mondo, e furono oggetto di brevetto.

La stessa impostazione si riflette nel controllo di qualità: l’azienda, a carattere quasi artigianale, offriva una garanzia di 5 anni, trasferibile al successivo proprietario, e, cosa assai più insolita, non garantiva soltanto l’assenza di difetti di fabbricazione, ma le prestazioni dichiarate.

Un impegno del genere si può sostenere in un solo modo: misurando ogni singolo componente in tutte le sue caratteristiche principali e scartando senza eccezioni quelli sotto standard.

Perfino i morsetti erano dorati, non per moda, la moda delle dorature, dei rivestimenti in pelle e di altre pacchianerie sarebbe arrivata un decennio più tardi, ma per impedire che l’ossidazione facesse derivare nel tempo i parametri elettrici.

Nulla era lasciato al caso, e un esempio vale per tutti: la griglia, non si tratta di un accessorio, è un componente acustico frutto di prove ripetute, e serve a favorire la dispersione e a impedire interferenze fra midrange e tweeter.

La conseguenza pratica per chi possiede oggi una coppia di queste casse è netta: l’Allison One non va ascoltata a griglia rimossa. Su un diffusore convenzionale togliere la griglia è quasi sempre un piccolo guadagno; qui significa smontare un pezzo del progetto.

Vale la pena aggiungere una raccomandazione di prudenza: le griglie dei primissimi esemplari erano stampate in un materiale plastico acusticamente eccellente ma fragile, che si incrina se lo si deforma per estrarlo dalle sedi; il costruttore passò a un ABS più resistente all’inizio del 1976.

La famiglia

L’Allison One ebbe tre sorelle: i modelli Two e Three sono concettualmente identici alla One e ne condividono i risultati acustici: cambia soltanto la capacità di potenza, e a parità di potenza di pilotaggio distinguerli all’ascolto è quasi impossibile.

Il modello Four è invece un compromesso dichiarato su due fronti, essendo un due vie e dovendo collocare il woofer a distanze necessariamente diverse dai tre confini della stanza; la sua linearità è leggermente inferiore, pur restando, secondo il costruttore, superiore a quella di qualunque diffusore da libreria concorrente.

Chi oggi cerca una coppia di Allison farà bene a tenerne conto: la Three è acusticamente una One con meno margine di potenza, e in un ambiente di dimensioni normali la differenza si sente solo spingendo molto il volume.

Nel raccogliere la documentazione su questo prodotto di 50 anni fa le fonti preziose sono la prova di Richard Heyser, prestigiosa firma della rivista americana Audio, di aprile 1976, disponibile online, e la prova ancor più accurata presente in SUONO n.76, di novembre 1978, firmata da Giancarlo Gandolfi (allora anche progettista RCF) e di cui abbiamo avuto autorizzazione alla parziale riproduzione.

Il problema: perché i diffusori perdono i bassi in casa

Tutto il progetto nasce da una campagna di misure durata due anni quando Allison era ancora nella AR (Riferimenti 1, 2).

Allison prese un solo diffusore e lo misurò in un gran numero di ambienti domestici reali, circa un centinaio, per centinaia di rilevamenti, variando ogni volta la collocazione e osservando come cambiasse la risposta.

Il diffusore scelto fu l’AR-3a, e la scelta non fu casuale: la sua risposta in camera anecoica era eccezionalmente lineare, il che rendeva impossibile attribuire alla cassa i guai che poi si manifestavano in casa.

I guai si manifestavano puntualmente: un avvallamento nella risposta che a seconda dell’ambiente e della posizione andava dagli otto ai venti decibel, collocato intorno ai centocinquanta-duecento hertz.

Un buco di venti decibel è un disastro, e cade nella regione che dà corpo alle voci maschili, ai violoncelli, alla mano sinistra del pianoforte, alla cassa della batteria.

Allison si affrettò a precisare che il fenomeno non era un difetto dell’AR-3a: era comune a pressoché tutti i diffusori, e l’AR-3a serviva soltanto a renderlo visibile senza ambiguità.

Il meccanismo, senza matematica

Un woofer che riproduce frequenze basse non spinge aria soltanto in avanti. Alle lunghezze d’onda del basso, dai tre ai dieci metri e oltre, qualunque altoparlante è un oggetto piccolo, e un oggetto piccolo irradia in tutte le direzioni: davanti, di lato, dietro.

L’energia che va all’indietro colpisce il muro, torna indietro e raggiunge l’ascoltatore insieme a quella partita in avanti, con un piccolo ritardo dovuto al percorso in più.

Due onde identiche che arrivano insieme si sommano e il suono si rinforza.

Due onde identiche che arrivano sfasate di mezza oscillazione si annullano, e in quel punto dello spettro il suono sparisce.
Quale delle due cose accada dipende solo da quanto è lungo il percorso in più, cioè dalla distanza fra l’altoparlante e la parete, rapportata alla lunghezza dell’onda in questione.

La regola pratica non richiede alcun calcolo complesso: si divide 344, i metri che il suono percorre in un secondo, per quattro volte la distanza in metri fra il woofer e la parete, e si ottiene la frequenza che viene cancellata.

Un diffusore collocato a un metro dal muro, come raccomanda la prassi audiofila corrente per ottenere profondità di scena, produce una cancellazione intorno agli 86 Hz. A settanta centimetri la cancellazione sale a 123 Hz. A un metro e mezzo scende a 57. In tutti e tre i casi cade nel pieno della banda audio che serve.

Un fenomeno simile è procurato dalla differenza di percorso eseguito dalla radiazione riflessa sul pavimento o sulla parete laterale più vicina: è “il problema delle 3 pareti” (Riferimenti 3, 4).

La scoperta

Che gli altoparlanti vicini agli angoli rinforzino i bassi si sapeva da decenni: quando la parete è molto vicina, a una distanza che è una frazione minima della lunghezza d’onda, la riflessione torna sempre in fase e non toglie nulla: anzi, aumenta l’impedenza che il cono incontra davanti a sé e gli consente di irradiare più potenza a parità di movimento.

Ciò che non si sapeva, e che la campagna di misure mise in luce, è che l’esito dipende dalla distanza soltanto entro una finestra di frequenze piuttosto stretta: all’incirca fra i 150 e i 400 hertz.

Al di sotto dei 150, qualunque distanza domestica è comunque una frazione sufficientemente piccola della lunghezza d’onda e la riflessione aiuta sempre a rafforzare il suono. Talvolta pure troppo…

Al di sopra dei 400 Hz, i grandi woofer cominciano a essere direttivi e mandano verso le pareti sempre meno energia, mentre le riflessioni della stanza si fanno troppo fitte e disordinate per sommarsi in modo coerente.

Nel mezzo abbiamo la zona critica e la posizione decide, e può decidere in modo infausto.

Quando in quella finestra la riflessione torna in controfase, la pressione davanti al cono cala e il woofer si trova a lavorare come se fosse sospeso nel vuoto: perde il carico su cui contava, il rendimento crolla, e nasce la cronica irregolarità delle frequenze medio-basse che affligge la riproduzione domestica.

Vale la pena notare che l’argomento è di potenza irradiata e non di smorzamento: la parete non frena il woofer né lo lascia andare, gli toglie o gli dà l’aria su cui fare presa.

Allison raccontò che la soluzione, una volta vista, parve così semplice da fargli quasi provare vergogna per non averci pensato prima. Se il problema è che una riflessione può tornare in controfase entro la banda del woofer, basta fare in modo che in quella banda nessuna riflessione ci torni.

E per ottenerlo non bisogna allontanare il diffusore dalle pareti: bisogna avvicinarlo il più possibile, fino a portare il woofer quasi a contatto con l’intersezione delle superfici.

La soluzione: il muro ed il pavimento come parte del progetto

Portando il woofer a pochi centimetri dai confini, la frequenza di cancellazione si sposta verso l’alto in proporzione.
Con lo schienale a non più di 7,5 centimetri dal muro, che è la distanza massima ammessa dal manuale, la cancellazione da parete posteriore si colloca oltre i 1100 hertz, dove il woofer è muto da un pezzo.

Con il centro del woofer inferiore a una ventina di centimetri dal pavimento, la cancellazione da pavimento cade intorno ai 430 Hz.

Da qui discende la scelta che governa l’intero progetto: il woofer deve smettere di lavorare prima di quella frequenza.
Il taglio è dichiarato dal costruttore a 350 Hz, realizzato con una rete LC, e le misure di laboratorio collocano il passaggio acustico effettivo fra i 300 e i 400 Hz.

Il dato che conta è però un altro, ed è fornito dal costruttore stesso: a 600 Hz il woofer è già sceso di 14 dB e continua a scendere a più di 12 dB/ottava.

Alla frequenza in cui la riflessione dal pavimento tornerebbe in controfase, il woofer contribuisce ormai una frazione trascurabile dell’energia totale.

Non è una coincidenza fortunata: è un corretto dimensionamento, Allison scelse la frequenza di incrocio in funzione della geometria di posizionamento, e non viceversa.

Il margine è quello che serve, calcolato per essere sufficiente e non un hertz di più, allargarlo avrebbe significato chiedere al midrange di scendere ancora più in basso, con conseguenze che il capitolo sulle misure documenterà.

A questo punto la parete cessa di essere un ostacolo e diventa un’estensione acustica del diffusore.

Su tutta la banda del woofer l’onda riflessa torna in fase con quella diretta e si somma ad essa, e, cosa più importante, lo fa in modo prevedibile, perché la distanza dai confini non è più lasciata al caso ma fissata dal progetto.

Il costruttore chiamò questo principio “caricamento a radiazione stabilizzata”, e l’aggettivo è il punto: non si tratta di guadagnare bassi, si tratta di sapere in anticipo quanti se ne guadagnano.

Il guadagno, per inciso, è cospicuo, passare dallo spazio libero al mezzo spazio, cioè appoggiare il diffusore a una parete, vale, in linea teorica, 6 dB; passare dal ½ spazio al ¼ di spazio, cioè scendere all’intersezione fra parete e pavimento, ne vale, sempre in linea teorica, altri 6.

In una stanza reale, dove nessuna superficie è perfettamente rigida né infinitamente estesa, il recupero effettivo si colloca fra i 6 e gli 8 dB.

Sono decibel che l’Allison One non potrebbe ottenere in nessun altro modo, per ragioni che il capitolo sul rendimento chiarirà.

Il mobile triangolare

Alla domanda sul perché le casse fossero triangolari, Allison rispondeva con tre parole: per irradiare simmetricamente.
Vale la pena non abbellire quella risposta, perché contiene tutto il necessario.

La simmetria non è un ripiego estetico né un espediente antidiffrazione: è il fine, e da essa discende ogni altra scelta — la coppia di trasduttori per via, l’angolo di 45°, la spaziatura calcolata fra i woofer, la griglia sagomata.

Le due facce anteriori formano fra loro un angolo di 90°, e ciascuna è quindi inclinata di 45° rispetto al muro di fondo.
L’orientamento è mantenuto con precisione assoluta, ed è una quota di progetto.

Una faccia guarda verso la zona d’ascolto, l’altra guarda dalla parte opposta, verso la parete laterale; è questa seconda faccia, apparentemente sprecata, a costituire il cuore della tesi acustica del progetto.

I vantaggi della forma

La geometria a cuneo porta tre benefici distinti. Il primo è la simmetria di emissione già detta, che moltiplica l’energia inviata lateralmente contro le pareti della stanza e su cui il capitolo sul campo riverberante tornerà per esteso.
Il secondo riguarda i woofer; sulle due facce inclinate i due trasduttori si trovano affiancati con i centri distanti 28 cm, una spaziatura scelta apposta perché sia sufficientemente stretta da evitare interferenze reciproche in tutta la banda che devono coprire.

Alla frequenza di incrocio la lunghezza d’onda è di quasi un metro, e 28 cm di differenza di cammino non bastano in nessuna direzione a produrre una cancellazione. Le due unità lavorano quindi sempre in somma, come se fossero un pistone unico: due coni da 10” affiancati equivalgono a un singolo trasduttore da circa 14”. Lo sdoppiamento serve però anche a un secondo scopo, esplicitamente perseguito: raddoppiare la superficie radiante significa aumentare enormemente la pressione sonora che il sistema produce senza distorcere.

C’è poi un motivo meno ovvio per cui i woofer sono due e non uno. Montare un woofer su un pannello inclinato di 45° significa orientarne l’asse fuori dalla zona d’ascolto, e per quanto un 10” sia praticamente omnidirezionale nella sua banda, verso il limite superiore, proprio intorno ai 400 Hz, un principio di direttività comincia a esserci. Con un solo woofer inclinato, quel principio di direttività basterebbe a sbilanciare l’emissione. Con due woofer inclinati in modo speculare, gli sbilanciamenti si annullano a vicenda.

Il terzo beneficio riguarda l’interno. Un mobile a sezione triangolare non ha pareti laterali parallele fra loro, e le onde stazionarie che si formano fra due superfici affacciate, quelle che aggiungono code e risonanze al suono del woofer, non vi trovano appiglio sul piano orizzontale. Il materiale assorbente interno è così sollevato dal compito di smorzarle e può dedicarsi a un lavoro diverso e più utile, di cui si dirà nel capitolo sulla sezione dei bassi.

Su quest’ultimo punto una precisazione onesta è doverosa, e viene dalle misure d’impedenza, in entrambe le fonti. La curva di impedenza dell’Allison One presenta, fra i 60 e i 200 Hz, un’irregolarità inconsueta, compatibile con un’interazione del woofer con il mobile di tipo stazionario.

La spiegazione più probabile è geometrica: il triangolo elimina il parallelismo sul piano orizzontale, ma il mobile è alto poco più di un metro e il fondo e il cielo della cassa restano due superfici piane e parallele.

Un metro di distanza corrisponde a una risonanza a ½ onda intorno ai 170 Hz, cioè esattamente in corrispondenza della singolarità osservabile.

La forma triangolare risolve dunque metà del problema, non tutto; la lana di vetro smorza il resto, e l’effetto sulle prestazioni acustiche resta di scarsa conseguenza.

Gli spigoli e la diffrazione

Ogni diffusore soffre di un fenomeno chiamato diffrazione ai bordi, e conviene spiegarlo perché nell’Allison One si presenta in una forma particolare.

Un’onda che scorre lungo il pannello frontale procede indisturbata finché il pannello continua.

Quando il pannello finisce di colpo, a uno spigolo, l’onda si trova improvvisamente senza appoggio e reagisce irradiando energia in tutte le direzioni, come se lungo quello spigolo fosse montato un secondo altoparlante in miniatura.

All’orecchio arrivano quindi due copie sfalsate dello stesso suono: quella diretta e quella riemessa dal bordo.

Dove le due copie vanno d’accordo (cioè dove risultano minimamente sfasate) il livello sale, dove sono in opposizione il livello scende, e ne risulta una successione regolare di picchi e avvallamenti che per il suo aspetto grafico si chiama filtraggio a pettine.

Nell’Allison One gli spigoli in gioco sono tre gruppi, con comportamenti opposti.

Gli spigoli posteriori, quelli fra le facce inclinate e lo schienale, sono neutralizzati dal muro.

Appoggiando il mobile alla parete, l’onda che li raggiunge non trova alcuna discontinuità: la parete prosegue il pannello all’infinito, e nessuna onda diffratta viene generata.

È lo stesso meccanismo, visto da un’altra angolazione, che elimina il cosiddetto gradino del baffle (baffle step), la perdita di 6 dB che ogni diffusore lontano dai muri subisce alle frequenze in cui smette di irradiare solo in avanti e comincia a irradiare tutto intorno.

Appoggiare la cassa al muro elimina i due difetti con un solo gesto, ed è la ragione per cui il vincolo di posizionamento non è un consiglio ma una specifica.

Gli spigoli superiore e inferiore diffrangono in misura marginale e comunque fuori dall’asse d’ascolto principale.

Resta lo spigolo frontale, la cresta centrale dove le due facce si incontrano, ed è il punto critico.

I trasduttori omologhi delle due facce emettono lo stesso segnale in perfetta concordanza, e la simmetria del mobile fa sì che la distanza dal trasduttore sinistro alla cresta sia identica a quella dal trasduttore destro.

Le due onde radenti arrivano quindi sulla cresta nello stesso istante e nella stessa fase, e vi si sommano.

Lo spigolo frontale cessa di essere un punto di diffrazione qualunque e diventa una sorgente secondaria coerente, per giunta collocata esattamente sull’asse di simmetria del diffusore.

Nei diffusori comuni il fenomeno si attenua da solo alle frequenze più alte, perché il tweeter diventa direttivo e smette di mandare energia verso i bordi.

Nelle Allison One questo non accade, per la ragione stessa che ne costituisce il pregio maggiore: i suoi trasduttori irradiano a grandissimo angolo fino all’estremo della banda udibile, e continuano quindi ad alimentare la cresta centrale anche a venti kilohertz.

Questa analisi è corretta come descrizione di un meccanismo, va però ridimensionata alla luce di ciò che le misure mostrano davvero, le irregolarità effettivamente rilevate sulla risposta delle Allison One hanno un’origine diversa, e riguardano un asse d’ascolto che non è quello per cui il diffusore è progettato.

La sezione dei bassi

due woofer da 10” lavorano in un volume sigillato secondo il principio della sospensione pneumatica, la tecnica che Villchur aveva introdotto nel 1954 e che Allison conosceva meglio di chiunque altro per averla portata in produzione per anni.

Va detto subito, per correttezza, che il woofer dell’Allison One non è un componente di ricerca.

Allison progettò personalmente il midrange e il tweeter e su quelli depositò domanda di brevetto; sul woofer si limitò a specificare ciò che gli serviva.

Interrogato sui materiali del cono, rispose che per un woofer la scelta conta poco purché il diaframma si comporti da pistone. Il trasduttore di bassa frequenza è dunque una sospensione pneumatica ma la presenza di 2 woofer in un volume che appare ragionevolmente dimensionato per 1 la rende poco convenzionale per la sua epoca.

Il cuscino d’aria

Sospensione pneumatica significa che la molla che riporta il cono al centro non è più solo il bordo di gomma o il centratore di tela, ma soprattutto l’aria chiusa nella cassa.

Le sospensioni meccaniche vengono rese quanto più cedevoli possibile e il compito di richiamare il cono è affidato quasi per intero al cuscino d’aria che il cono stesso comprime muovendosi.

Nel caso specifico, l’aria fornisce una rigidità più che tripla rispetto a quella meccanica della coppia di altoparlanti. Ma gli altoparlanti sono 2 e le loro rigidità risultano già sommate (quindi la rigidità dell’aria nel mobile è quasi 7 volte la rigidità del singolo woofer).

È questa proporzione, chiamata “rapporto di cedevolezza”, e nient’altro, a determinare che se risulta molto maggiore di 1 il caricamento sia a sospensione pneumatica in senso proprio e non un “infinite baffle”.

Il vantaggio è di linearità, un anello di schiuma o un centratore in tessuto trattato, man mano che l’escursione cresce, si irrigidiscono in modo irregolare e generano distorsione; una massa d’aria compressa risponde invece in modo assai più regolare e prevedibile.

Un punto che si presta a fraintendimenti va chiarito: il volume interno agisce da molla, non da freno.
Un mobile piccolo irrigidisce la molla e per ciò stesso alza sia la frequenza di risonanza, sia il fattore di merito Q del sistema, inversamente proporzionale allo smorzamento.

Affermare che un volume ridotto non riesca a frenare l’inerzia del cono inverte il rapporto di causa: a frenare il cono sono gli attriti meccanici e la reazione elettromagnetica del magnete, non l’aria.

A che cosa serve davvero la lana di vetro

Il mobile è saturo di lana di vetro, e il motivo principale non è l’assorbimento delle risonanze, di quelle, come si è visto, il triangolo si occupa già in larga parte.

In assenza di assorbente acustico, le veloci compressioni e rarefazioni dell’aria sono associate rispettivamente a riscaldamento e raffreddamento, per le leggi fisiche dei gas, ma tali variazioni di temperatura non sono associate a trasferimenti di calore, che dissiperebbero energia. Tale modalità di variazione di pressione dell’aria, in termodinamica, è chiamata “adiabatica”

Le fibre della lana di vetro assorbono quel calore man mano che si produce durante la compressione e lo restituiscono nel raffreddamento durante la rarefazione, quindi mantengono l’aria a temperatura praticamente costante: il processo è detto “isotermo” e la termodinamica dimostra che l’aria in tale condizione è più cedevole di quanto lo sia in condizioni adiabatiche.
Per le leggi fisiche della propagazione di onde in mezzi elastici, a parità di densità del mezzo, la velocità di propagazione è proporzionale alla cedevolezza elastica.

Una molla più cedevole equivale ad una minore velocità del suono. Con una velocità inferiore occorre più tempo per raggiungere le pareti del mobile che, per il woofer, divengono virtualmente più lontane e, di conseguenza, il volume diviene virtualmente più grande.

Il risultato è che 42 litri geometrici si comportano acusticamente come 50: il mobile guadagna dal 15 al 20% di volume senza cambiare le dimensioni esterne.

Su una cassa così piccola, chiamata a scendere così in basso, quel guadagno non è un dettaglio: è ciò che rende possibile l’allineamento, assieme ad un compromesso sullo smorzamento della risonanza.

L’allineamento e la sua firma

Ogni cassa chiusa è caratterizzata da due numeri: la frequenza $f_c$ a cui il sistema risuona e un fattore di merito $Q_{TC}$ che dice quanto quella risonanza sia smorzata.

L’Allison One ha un fattore di merito $Q_{TC}$ pari a uno, valore che identifica un sistema deliberatamente poco smorzato.
La scelta ha conseguenze precise e riconoscibili: un allineamento più smorzato, quello che i tecnici chiamano Butterworth, con fattore di merito 0,707, è già sceso di 3 dB alla frequenza di risonanza e non produce alcun rigonfiamento.

Un fattore di merito unitario, invece, mantiene la risposta piena alla risonanza e produce poco sopra di essa una modesta gobba alta appena 1,25 dB.

Sull’esemplare misurato, che risuona a circa 40 Hz, quella gobba cade intorno ai 57 Hz.

Non è un difetto ed è bene dirlo chiaramente, perché un fattore di merito unitario è spesso descritto come sinonimo di basso lento e gonfio.

In un mobile di 42 litri quella scelta è l’unico modo per collocare il limite inferiore nella regione dei 35 Hz: un allineamento più smorzato avrebbe richiesto un volume assai maggiore a parità di estensione.

Il costruttore dichiara la risposta anecoica a -3 dB a circa 35 Hz e a -6 dB a circa 30 Hz, cifre che corrispondono con precisione millimetrica a un allineamento a fattore di merito unitario risonante a 45 Hz.

Non sono arrotondamenti commerciali ma il risultato di un calcolo effettivamente eseguito.

Gli esemplari passati ai 2 banchi di prova risuonavano però appena sopra 40 Hz, non a 45.

Poiché il costruttore misurava e scartava ogni componente fuori range, la tolleranza di produzione è una spiegazione debole; assai più probabile è nel bordo in schiuma sintetica, che si ammorbidisce e fa scendere la risonanza.

Un esemplare ben rodato può facilmente presentare qualche hertz in meno di uno nuovo.

In camera anecoica, poi, la discesa misurata risulta più ripida di quanto l’allineamento preveda: 40 Hz a -2 dB, 30 a -7, 20 Hz a -17.

Anche questo ha una spiegazione plausibile, ed è il gradino del baffle di cui si è detto nel capitolo precedente.

Una cassa sospesa nel vuoto perde fino a 6 dB alle frequenze in cui comincia a irradiare in tutte le direzioni, e quella perdita si somma alla discesa naturale rendendola apparentemente più ripida.

Appoggiando il diffusore al muro, come il progetto prescrive, il gradino sparisce e la risposta torna a essere quella dichiarata.
La misura anecoica non smentisce il costruttore: fotografa il diffusore in una condizione che il progetto esclude.

Il woofer da vicino

Del trasduttore esiste una sola descrizione diretta, ed è quella redatta al banco dal laboratorio italiano.

Il woofer denuncia chiaramente la scuola Acoustic Research: membrana impregnata di materiali smorzanti, sospensione in schiuma sintetica, bobina mobile in rame a 2 strati avvolta su un supporto da 38 millimetri e sensibilmente più alta del traferro, immersa in un campo di 0,8 tesla. L’escursione senza distorsione è stimata, forse anche troppo generosamente, in ben 10 mm.

Ciascuno di questi elementi spiega un numero. L’impregnazione aggiunge peso e soprattutto attrito interno, sopprimendo le risonanze proprie del cono, al prezzo di un po’ di rendimento: è esattamente il modo di far comportare il diaframma da pistone di cui Allison parlava.

La sospensione in schiuma spiega la cedevolezza relativamente elevata, rispetto ai componenti tipici della tradizione precedente, e spiega anche perché quasi tutti gli esemplari sopravvissuti abbiano richiesto la ribordatura, dato che la schiuma poliuretanica di quegli anni si decompone inesorabilmente nel tempo.

La bobina ben più alta del traferro è la soluzione classica per ottenere escursioni ampie mantenendo costante la forza motrice: la porzione di avvolgimento immersa nel campo resta la stessa anche quando il cono si sposta di parecchi millimetri.
Il prezzo è che gran parte del rame avvolto non contribuisce al fattore di forza Bl, e il rendimento ne risente, a meno di non usare magneti più grandi e traferri più stretti.

I parametri ricostruiti

Il costruttore non pubblicò mai i parametri del woofer e in quella metà degli anni ‘70 il paradigma di misura introdotto da Thiele e Small non era ancora uno standard industriale.

Parametro del singolo woofer	Valore	Come si ottiene
Diametro nominale	10 pollici (250 mm)	Dalla scheda tecnica
Superficie radiante	346 cm² (692 per diffusore)	Dalle quote dei kit di ribordatura
Risonanza in aria libera	19 Hz	Stimato nella prova di Suono
Risonanza in cassa	40,4 Hz	Stimato nella prova di Suono
Fattore di merito in cassa	0,99	Stimato nella prova di Suono
Fattore di merito in aria libera	0,434	Stima da calcolo
Fattore di merito meccanico	QMS= circa 1,2(alto smorzamento meccanico)	Stimato dalla curva di impedenza
Fattore di merito elettrico	QES= circa 0,68 (basso smorzamento elettrico)	Stimato dalla curva di impedenza
Resistenza dell’avvolgimento	circa 3,1 Ω (6,2 Ω i due in serie)	Stimato dalla curva di impedenza
Rapporto di cedevolezza acustica	VAS/VB= circa 3,5 volte	Stima da calcolo
Cedevolezza equivalente in litri d’aria	VAS= circa 88 lt per ogni woofer	Stima da calcolo
Massa dell’equipaggio mobile	MMS= circa 134 g per ogni woofer	Stima da calcolo
Forza del motore magnetico	Bl= circa 8,5 N/A per ogni woofer	Stima da calcolo
Induzione al traferro	0,8 tesla	Dalla scheda tecnica
Bobina mobile	38 mm, rame, due strati	Dalla scheda tecnica
Escursione senza distorsione	10 mm	Stimato nella prova di Suono
Indice di destinazione (EBP)	circa 28	Calcolato

Le misure di laboratorio disponibili riguardano però il sistema completo, e sono sufficienti a ricostruire il componente entro margini accettabili.

Il ragionamento poggia su tre soli numeri riportati dalla prova di SUONO: il woofer risuona a 19 Hz in aria libera, risuona a 40,4 Hz una volta chiuso nella cassa, e il sistema così ottenuto ha un fattore di merito di 0,99, ragionevolmente comprensivo del peggioramento introdotto dalla resistenza-serie di circa 1 Ω dell’induttore da ben 6,5 mH presente nel filtro passa-basso.
Chiudere l’altoparlante in una cassa raddoppia abbondantemente la sua risonanza, e nello stesso rapporto ne innalza il fattore di merito; se la risonanza raddoppia, la rigidezza è quadruplicata, e la parte eccedente è quella fornita dall’aria.
Il picco della curva di impedenza, confrontato con la resistenza dell’avvolgimento della bobina mobile, separa infine il freno meccanico da quello elettrico. Da lì tutto il resto discende senza altre ipotesi.

Il quadro che ne esce è quello di un trasduttore dalle sospensioni morbide ma quasi 4 volte meno morbide di quegli altoparlanti che cercano di raggiungere la bassa risonanza con coni leggeri, obbligati da motori magnetici risicati. Qui l’equipaggio mobile è molto pesante e il motore magnetico onesto, anche senza esibizionismi, il compromesso classico della sospensione pneumatica, che baratta rendimento contro estensione.

L’ultima riga merita un commento, perché è la più eloquente. Esiste un indice sintetico che dice se un altoparlante sia nato per la cassa chiusa o per il bass-reflex: valori bassi indicano la prima, valori alti il secondo.

28 è un valore che non lascia margini di interpretazione, il woofer dell’Allison One è un trasduttore concepito per il volume sigillato e per nient’altro.

Due precisazioni di metodo, per non spacciare per certezze delle stime:
il calcolo del volume equivalente alla cedevolezza del woofer, è derivato dalla stima di $V_B$, volume virtuale del mobile, quindi dipende da quanto si valuti l’effetto della lana di vetro:

senza correzione il Vas scenderebbe a settantatré litri e di conseguenza la massa mobile salirebbe ad improbabili 160 g.
Lo smorzamento meccanico misurato è un limite inferiore, perché il picco di impedenza è stato letto sul diffusore completo, con l’assorbente in sede e il filtro inserito: il trasduttore nudo ha quasi certamente un valore leggermente più alto.
Nessuna delle due incertezze né tutte le approssimazioni, indispensabili, data l’impossibilità di misurare un componente nuovo, cambiano le conclusioni.