Un progetto in cassa chiusa per testare i nuovi RS W 140.38 Fibonacci accoppiati ai TW 110.28 F/Ag
Prima parte
Un sistema di altoparlanti, per piccolo e semplice che possa essere, finisce comunque per riflettere un certo imprinting, qualcosa che va oltre il gusto musicale e la cultura del progettista; è qualcosa che ha a che vedere direttamente e spudoratamente da una parte con il suo sistema uditivo e dall’altra con le sue capacità tecniche, per quanto in definitiva, il lavoro si riduca “semplicemente” a ipotizzare da una parte un carico acustico verso l’estremo inferiore dello spettro, e dall’altra la gestione dei livelli relativi dei componenti e delle transizioni tra loro.
Detta così sembrerebbe che il grosso del risultato finale dipenda dalle capacità proprie dei componenti scelti e solo marginalmente dal gusto di chi li ha messi insieme… poi ovviamente, come spesso succede, la vita non ti nega di imbatterti in qualcosa che ti dimostra esattamente che non è affatto così, che quelle “zone marginali” di intervento appena citate quando vengono “toccate” da uno bravo portano ad un risultato magico e coerente, quando invece vengono toccate da me… mmhh… si ma… però…
Destino ingrato quello dell’ Homo Acusticus, non basta la moglie a fargli notare l’inutilità di tutti quegli altoparlanti sparsi per casa, le notti insonni a meditare sul nulla, le speranze e i sogni di un sistema che non esisterà mai; ci si mettono in mezzo anche quelli bravi, quelli che hanno capito come funziona… no dico…! ma vi sembra bello?
E sia! Se questo è il nostro destino perché mai dovremmo sottrarcene? Del resto come mi disse il buon Maurizio Jacchia per telefono quando comprando la Clio II gli chiesi se uno come me, che aveva come unico bagaglio culturale dieci anni di lettura di riviste HiFi, poteva capirci qualcosa :”… beh…! ma non ci buttiamo giù così…!”
Ed eccoci qua, a mettere insieme quattro “altoparlantini” (due più due) scelti personalmente per il puro gusto di provarli, nati stavolta per un uso veramente HiFi, non portano più quella dicitura “studio monitor”, questa volta si sottoscrive che (se trattati opportunamente) nascono per restituirci quella “morbida setosità” di una orchestra sinfonica.
A dirla proprio tutta un certo tremore alle ginocchia continuo a sentirlo, ma andiamo per gradi e vediamo quantomeno di tirarne fuori una “bella porcheria” che nel mio gergo personale va letta come qualcosa di decente di cui quantomeno non vergognarsi.
L’idea di base è provarli in diverse configurazioni partendo dalla sospensione pneumatica.
Stiamo parlando di un piccolo altoparlante da 13 cm con Qts dichiarato di 0,41 e Fs 46,6 Hz, a prescindere dai valori che potrò rilevare nel mio laboratorio si tratta di certo di un sistema a banda parziale; non scomodiamo per niente la prima ottava dello spettro, e affrontiamo la seconda un po’ con le nostre forze e un po’ facendoci aiutare dalla naturale “irrequietezza” dei modi di risonanza propri di una stanza di medie dimensioni, tra una cameretta e un piccolo soggiorno. Direi che fare un certo solletico alla dominante intorno a 50 Hz tipica di quelle situazioni potrebbe costituire un completamento gradito.
Facciamo comunque finta di non sapere niente di questo piccolo woofer, prendiamo i dati fisici essenziali e facciamo delle misure, poi vediamo i dati dichiarati e cerchiamo di capire dove possono essere le differenze.
Gli altoparlanti mi sono arrivati a casa questo inverno, il mio laboratorio è in soffitta, luogo soggetto a variazioni di temperatura apprezzabili, le prime misure che feci erano condizionate da una temperatura ambiente inferiore ai 17 gradi, ora siamo in una estate al momento piuttosto fresca e nonostante questo il valore letto dal termometro è salito ben oltre i 24, non vorrei dilungarmi troppo in descrizioni noiose ma è necessaria una brevissima premessa.
In un altoparlante la maggior parte dei dati rilevati viene dedotta misurando altri dati, di misure fisiche dirette non se ne richiedono molte: la resistenza in CC della bobina mobile, la superficie del diaframma, la massa da aggiungere per vedere di quanto questa massa aggiunta al cono fa scendere la frequenza di risonanza e “ovviamente” la possibilità di conoscere il valore di impedenza ad ogni specifica frequenza.
Il problema è che si tratta di dati sensibili a fattori esterni quali appunto la temperatura e di certo non ultima la precisione delle nostre misure; le variazioni termiche incidono direttamente sia sulla sua resistenza della bobina che, anche se in misura minore, sulla rigidità delle sospensioni. A voler essere pignoli semplicemente il funzionamento “al seguito” di un amplificatore tende inesorabilmente sia a far aumentare la temperatura della bobina mobile e di conseguenza la sua Re, che anche se di pochissimo la temperatura del sistema sospensivo (è inevitabile se c’è attrito non può non esserci calore), variazioni che per quanto piccole possono portare a condizionare altri dati derivati.
Per cui credo che sia giusto per un autocostruttore considerare la questione senza lasciarsi condizionare da pregiudizi e dati cervellotici.
Al momento attuale i dati dichiarati dalle aziende sono rilevati con una precisione decisamente maggiore di quella che un appassionato può normalmente permettersi. Si tratta sempre di dati riferiti ad un campione di produzione, un bel campione certo, uno considerato nella media di quello che uscirà poi dalla catena. Sono misure rilevate su un unico componente, non è possibile prendere 10 campioni e usare il Qts di uno la Fs di un altro, il Cms di un altro ancora e così via, quello che uscirebbe da una cosa del genere sarebbe una serie di numeri senza nessun significato.
Ci saranno sempre delle differenze tra i dati dichiarati e quelli rilevati a casa, per diversi motivi; quello che resta importante per noi è trovare una coerenza di base, considerando anche che come scritto poco fa certi valori saranno inevitabilmente soggetti a variazioni già durante l’uso. Oltre al caso citato delle variazioni di temperatura vanno messi in conto sia le variazioni fisiche che i materiali subiscono nel normale processo di invecchiamento, sia anche certe particolari “geometrie costruttive” che possono poi essere causa di una funzione elastica non proprio lineare, per cui lo stesso valore del Cms rilevato con una escursione minima potrebbe non essere conforme a quanto appena dedotto se misurato ai limiti della escursione del cono. In realtà se misurassimo i parametri di un altoparlante pilotato al limite questi lo descriverebbero in un modo molto diverso dalla sua effettiva realtà, ma si tratta di una condizione che non avrebbe nessuna utilità pratica reale.
Senza riempire queste pagine di grafici e numeri, vediamo di dare un senso alle differenze tra i dati dichiarati dal produttore e quelli misurati dal sottoscritto nella soffitta “calda” (calda vivibile) Re 5,2 contro i 5,1 dichiarati, Mms 14,29 contro i 13,8 dichiarati Bxl 6,86 contro i 6,76 dichiarati, Cms 0,56 contro gli 0,85 dichiarati.
E’ evidente che la differenza più sostanziosa sia rilevabile a livello di sospensioni, con una rigidità maggiore di un buon 50%, che inevitabilmente porterà ad una Fs che arriva a 56,02 Hz contro i 46,6 dichiarati e conseguentemente fattori di merito differenti, con un Qt di 0,51 contro lo 0,41 dichiarato e Qm di 5,91 contro un valore dichiarato di 4,65.
Per quanto apprezzabili si tratta di variazioni non così preoccupanti, va ricordato che in un sistema chiuso il valore della rigidità della “molla” verso cui il gruppo bobina-membrana si troverà a spingere è dato dalla somma della molla pneumatica costituita dal gas presente nel box più quella “strutturale” delle sospensioni (Cms) che lo tengono ancorato al cestello, molla questa a sua volta costituita da due componenti diversi, il centratore e la cerniera esterna, in un uso reale questa differenza sarà tanto più apprezzabile quanto maggiore sarà il volume del box.
Non possiamo conoscere quanto la rigidità delle nostre sospensioni sia destinata a variare con l’uso e il tempo ma sappiamo che lo farà e che comunque potrà incidere solo per una percentuale, per cui non facciamoci prendere da inutili isterie temporanee destinate a naufragare alla prima simulazione.
Con questo piccolo woofer in un sistema a due vie non potremmo mai arrivare ad una risposta estesa a 30 Hz, certo, sarebbe estremamente gradita nella riproduzione di contrabbassi, timpani sinfonici ecc ma essendo totalmente al di fuori dalle possibilità fisiche concesse direi che il minimo sindacale resta un approccio del tipo “vediamo fin dove possiamo arrivare” accettando magari una certa perdita della sensibilità generale che tutto sommato non costituirebbe un gran problema, meglio 5 Hz in più verso il basso che 3 dB di sensibilità… (numeri buttati a caso).
Aggiungiamo una bella resistenza al Woofer, variamo il fattore di merito elettrico e provochiamo una caduta di livello oltre l’intorno della frequenza di risonanza, senza farla troppo cervellotica aumentiamo il volume del box ipotizzando una cassa vuota ed un Qtc intorno a 0,9, ovviamente la cassa non sarà vuota, anzi sarà più piena che vuota e il Qtc si riallineerà intorno ad un umano 0,7. Dobbiamo sempre tenere ben presente che le basse frequenze hanno lunghezze d’onda “importanti”, una frequenza di 60 Hz ha una lunghezza d’onda in aria smisuratamente maggiore del diametro del cono in questione, 5,7 metri l’una e 0,1 metro l’altro, questo significa che quando quella stessa membrana si muove per mettere in pressione l’aria a quella frequenza la sua superficie è talmente piccola che “sente” l’aria “scivolargli via” tutto intorno, non riesce a “trovare un appoggio” in un gas per trasmettergli pressione.
Questa cosa ha un nome viene detta “impedenza di radiazione” è la difficoltà da parte del cono a riprodurre quelle frequenze allo stesso livello di un segnale per esempio a 3000 Hz (dove appunto la membrana ha una dimensione simile alla lunghezza d’onda) o magari 1000 Hz (dove la membrana è ⅓ della lunghezza d’onda).
Tra l’altro la cosa è ben visibile e verificabile, la pressione del gas è la stessa, cambia il rapporto tra la “superficie di appoggio” e la lunghezza d’onda (per cui la frequenza) quando l’altoparlante non trova più appoggio spinge “a vuoto”, una conseguenza è che aumenta l’escursione del cono, e l’altra è che paradossalmente il livello emesso diminuisce.
Per cui un piccolo diaframma montato su un piccolo pannello (dimensioni relative alla frequenza) non potrà evitare una naturale caduta di livello verso l’estremo inferiore dello spettro, in queste condizioni un fattore di merito superiore al canonico 0,707 (massima linearità) potrà compensare in parte quella caduta quantomeno all’estremo inferiore.
Si tratta di considerazioni necessarie in tutti i casi in cui sappiamo di non poter arrivare a riprodurre l’intera banda udibile.
Se realmente possiamo arrivare a riprodurre la prima ottava dello spettro anche tutti i discorsi che legano il comportamento del basso in relazione al fattore di merito dell’estremo inferiore lasciano il tempo che trovano, dire che un Qtc intorno a 0,6 produce un basso più veloce e controllato è una ammissione di colpa (che vale solamente se ci riferiamo ad una banda compresa tra i 30 e gli 80 Hz) letteralmente significa:”dato che non posso permettermi di farti ascoltare pienamente il limite inferiore del messaggio musicale, posso perdere efficacia gradualmente e lasciarti delle tracce che ti permettano di ricostruire la parte mancante, o magari enfatizzare le ultime zone dello spettro a cui posso arrivare semplicemente lasciando che a quelle frequenze prevalga la naturale risonanza del cono”, (il famoso basso gommoso).
In un sistema capace di arrivare linearmente all’estremo inferiore udibile si tratta di concetti vuoti.
Per la soluzione finale ho scelto un volume di 12 litri da riempire parzialmente alla bisogna e contro la prima regola di buon senso di un progettista di non sacrificare mai la sensibilità ho aggiunto al woofer una resistenza “monster” di 3,9 ohm.
Da una parte questo causa una perdita 5 dB di sensibilità, dall’altra mi permette di estendere la risposta verso l’estremo inferiore (letteralmente perdo in tutto il resto della gamma) e di guadagnare anche un filo in potenza applicabile. Si tratta di una operazione sempre perdente, si accetta di abbassare il livello generale (e di dover attenuare ulteriormente il tweeter) solo per guadagnare una manciata di Hz.
Comunque da BassDesigner leggo una MIL (Maximum Input Level) sopra i 20W in tutta la banda audio e questo mi va già bene.
Un volume di 12 litri non è troppo grande da installare su uno scaffale né troppo piccolo da compromettere la tranquillità nelle lavorazioni, lavorazioni che prenderemo in esame nella seconda parte.
Scarica il progetto ElenaRS (.zip)
