variante Passivo-DDELS del Borea
Dopo il primo progetto ElenaRS in cassa chiusa e la sua variante Borea in Bass Reflex mi è rimasta una certa curiosità verso ulteriori possibili variabili. Per la verità avrei voluto da subito affrontare un progetto DDELS con il piccolo Woofer RS, ma credo che la scelta di farlo dopo le due variabili iniziali sia più sensata, soprattutto perché il DDELS effettivamente non ha mai avuto altra trattazione ufficiale che il paragrafo fatto dallo stesso Renato alla presentazione delle sue Butterfly One (https://www.giussani-research.it/ddels/?lang=it).
Approfitto di questa opportunità per tentare di fare una analisi ed un successivo progetto di prova.
Cos’è in sostanza un DDELS? Prima di tutto, a scanso di equivoci, vorrei precisare che non sto analizzando le Butterfly One, quella che segue è solamente la mia lettura personale del carico che usa, che trovo oltre che piuttosto interessante anche insospettabilmente “aperto”.
Non si tratta di un sistema reflex che può arrivare ad essere soggetto alle “rigidità realizzative” di certi allineamenti estremi quasi irrealizzabili a causa di fattori non del tutto controllabili come perdite da fessurazioni, vibrazioni dei pannelli ecc, non che il DDELS ne sia immune, assolutamente, ma è un mondo in cui tutto resta nell’ambito della cassa chiusa, pur partendo da un progetto che prevede un sistema risonante.
Il concetto di base è in effetti sorprendentemente semplice, cosa succederebbe se ipotizzassimo un sistema Bass Reflex e poi decidessimo di sviluppare la stessa idea sostituendo il condotto con una membrana passiva…? Compito che… non potrebbe essere svolto da un normale woofer a cui è stata aggiunta una opportuna quantità di massa…?
Ok! Un sistema basato su un woofer e un secondo woofer opportunamente appesantito usato come “radiatore passivo” già porta con sé la possibilità di un minimo controllo, del resto se c’è un magnete ed una bobina mobile nulla ci vieta di usarlo come “generatore” per “frenare” a piacimento tramite varie resistenze di cortocircuito la libertà di movimento della membrana, attenuando praticamente il suo livello di emissione, situazioni già viste, usate e anche commercializzate. Ma se invece usassimo quella bobina per pilotarlo con lo stesso amplificatore che pilota il “normale” woofer? Ecco, in questo caso avremmo a tutti gli effetti un DDELS.
Ora prima di andare oltre, sottolineo ancora che un DDELS resta una cassa chiusa, tutte le questioni legate alla perdita di energia del woofer legate alla alimentazione di un condotto o una membrana risonante e le relative emissioni acustiche nell’intorno della risonanza vanno semplicemente affrontate da un punto di vista diverso.
Chiarito questo, ripeto i concetti di base, tramite BassDesigner possiamo scegliere un woofer e un allineamento reflex che ci soddisfa, otterremo le varie curve di risposta, impedenza MIL MOL ecc.. e come “sottoprodotto” (si fa per dire) il volume necessario al woofer (che chiameremo “woofer principale”) e la frequenza di accordo del sistema, annotiamo questi due valori e ipotizziamo un “sottoprogetto” in cassa chiusa per ora con lo stesso woofer e l’esatto volume di carico appena annotato in cassa vuota (parzialmente piena di assorbente), aumentiamo la MA (massa aggiunta) fino a raggiungere con questo woofer (che chiameremo woofer secondario) la risonanza annotata in precedenza e corrispondente al progetto iniziale.
Abbiamo già pronto un sistema DDELS, volume del box, woofer principale, woofer secondario ed esatta quantità di massa da aggiungergli, mancano solamente le successive considerazioni sul filtro che vedremo più avanti.
Le variabili in gioco restano le stesse di qualsiasi altro allineamento a cui però se ne aggiungono di nuove, quelle dovute all’uso di un altoparlante al posto di un condotto o una membrana passiva.
Lo scopo del woofer secondario nel DDELS è quello di supporto al woofer principale all’estremo inferiore dello spettro, lavora nello stesso volume usato dal woofer principale e per questo risulta “naturalmente accordato” al woofer principale (essendo di massa maggiore e quindi dotato di fs più bassa).
Il comportamento elettrico di base del woofer principale “caricato” dalla risonanza del woofer secondario sarà quello visualizzato da Bassdesigner nel progetto iniziale, quello acustico andrà un po’ “immaginato” a causa della risposta effettiva del woofer secondario che si sommerà a quella del woofer principale.
Le simulazioni del woofer secondario saranno relativamente più “semplici” in fondo si tratta solamente di un woofer appesantito che lavora in una cassa chiusa, situazione in cui BassDesigner è in grado di fornirci tutti i parametri elettrici ed acustici.
Al momento non possiamo chiedere a BassDesigner di verificare l’insieme dei due, né da un punto di vista elettrico né acustico, ma se avesse fatto tutto lui che gusto ci sarebbe stato?
Niente però ci impedisce di fare un ragionamento semplice sui dati che abbiamo.
Se il woofer secondario non fosse alimentato la sua curva di risposta avrebbe il conosciuto andamento a “campana” centrato alla frequenza di risonanza, ma noi stiamo parlando di un vero woofer che a seguito della massa aggiunta ha subito la variazione di quasi tutti i suoi parametri: Fs minore, QT aumentato, livello di emissione inferiore. Quando pilotato la sua risposta effettiva non si limiterà alla campana dovuta alla sola risonanza meccanica del diaframma, ma sarà ragionevolmente più estesa sia verso le frequenze inferiori che verso quelle superiori a quella di risonanza. Analizzando le curve di impedenza di entrambi gli altoparlanti potremmo anche notare come i valori relativi al modulo tendano ad essere complementari, nel senso che ai valori inferiori raggiunti dal woofer principale, quando parte dell’energia della sua membrana viene assorbita dalla risonanza del woofer secondario, corrispondono quelli maggiori del woofer secondario.
Analogamente anche i valori relativi all’argomento si mostrano nell’intorno della risonanza in opposizione di fase.
Qui sotto la risposta simulata del woofer principale (accordato alla frequenza di risonanza del secondario).
E ora quella del woofer secondario (per woofer secondario ho ipotizzato due altoparlanti accoppiati con bobine in parallelo appesantiti da una massa di 30 g su ogni membrana a cui dovranno essere aggiunti uno due g di colla) la frequenza di risonanza del sistema si abbasserà ancora di qualche Hz a causa del contributo della lana vetro nel box
Quello che possiamo notare da quanto appena esposto è una certa “fisiologicità” da parte di un sistema DDELS a linearizzare la curva di impedenza nell’intorno della risonanza del sistema, detto in altri termini (molto più interessanti) “limitare reciprocamente le escursioni delle membrane” ma questo cosa significa in pratica?
Che se in un sistema bassreflex la minore escursione del cono permette nell’intorno della frequenza di risonanza di poter applicare una potenza molto più vicina a quella dissipabile a livello elettrico dalla sola bobina, in un DDELS questa situazione viene estesa in un intorno più ampio.
Significa anche che avendo la seconda membrana (il woofer secondario) un contributo acustico diverso da quello di una semplice membrana passiva, la caduta di livello all’estremo inferiore tipica di un reflex non è la stessa di quella misurabile in un sistema DDELS. In quest’ultimo può essere molto più “modulabile”, le caratteristiche del woofer secondario possono farla avvicinare a quella di una cassa chiusa o magari a quella di un sistema accordato con radiatore passivo.
Significa anche che entrambi i coni sono talmente interconnessi da influenzarsi reciprocamente nelle rispettive escursioni (quindi nella potenza applicabile totale all’estremo inferiore) ma anche al punto di comportarsi di fatto come un unico singolo altoparlante, tanto da poterne misurare i parametri come se fosse un unico driver e gestirli in assoluta tranquillità anche dal Cross.
Trovo questa cosa quasi sconvolgente…
Ora non vorrei alimentare illusioni, la potenza massima sopportabile da un altoparlante resta determinata dalla capacità di dissipazione termica della bobina mobile e dalle geometrie di escursione della membrana su cui è montata, il DDELS non fa miracoli, ma tende comunque ad esercitare un controllo su quest’ultima caratteristica, attenuando il problema dell’eccessiva corsa dei diaframmi usati proprio nelle regioni in cui è maggiore (cosa decisamente non secondaria) e contestualmente fornire all’amplificatore un carico molto più lineare.
Ora entriamo nel pratico, avevo già scelto di usare volumi simile per entrambi i progetti ElenaRS e Borea, 11 litri, perchè fin dall’inizio sapevo “di che morte morire”, in questa variante il volume resterà lo stesso, userò il box della cassa chiusa modificato per ospitare il woofer secondario.
Si aprono due possibilità, la prima è usare il secondo woofer come membrana passiva, la seconda è alimentarlo per trasformarlo in DDELS, da qui la scelta del nome: “Giano”.
Dispongo già di un progetto bass reflex, partirò molto semplicemente dai dati del progetto Borea.
La prima scelta da fare riguarda quale altoparlante usare per il secondo woofer, come scrivevo all’inizio, il DDELS è molto aperto, il woofer secondario è chiamato a riprodurre una banda piuttosto stretta potremmo ipotizzare una ottava o anche più a seconda di quale sia l’implementazione che vogliamo dare al nostro DDELS. Potremmo usare un altoparlante identico al woofer principale, o anche uno simile anche se con parametri diversi, tanto saranno comunque ulteriormente cambiati dalla necessaria massa aggiunta, niente vieta di usare qualcosa di completamente diverso, ci sono ovviamente dei limiti fisici: il primo è la possibilità di raggiungere la frequenza di risonanza di progetto nel volume del woofer principale e il secondo è ottenere dal secondo woofer un livello in dB sfruttabile. Contrariamente a quanto intuitivamente si possa credere questo non dipende unicamente dalla sensibilità finale del driver appesantito, dipende anche dal fattore di merito alla risonanza, il DDELS va ragionato a partire dalla risonanza, digerisce benissimo valori QT molto alti che in quella regione possono influenzare il livello tanto quanto la sola sensibilità.
Quello che cambierà sarà il suo contributo complessivo nell’intorno della risonanza, una sensibilità maggiore unita ad un QT basso tenderà ad estendere la risposta verso il basso in modo più simile a quella di una cassa chiusa, una bassa sensibilità ed un QT alto tenderà più verso un sistema reflex o passivo.
Per quanto riguarda il diametro del woofer secondario, tutto dipende dal tipo di allineamento scelto, se abbiamo la necessità di una risonanza molto bassa al punto che la massa necessaria a raggiungerla va ad abbassare la sensibilità a livelli inutilizzabili possiamo semplicemente usare due altoparlanti accoppiati o magari uno di dimensioni maggiori.
Bassdesigner anche se non gestisce il DDELS ci permette di visualizzare un’idea in modo molto più preciso di quanto queste parole possano lasciare immaginare.
Se proprio volessimo ipotizzare una regola maccheronica (idiota…come quasi tutte le regole che coinvolgono gli altoparlanti) direi di partire valutando come secondo woofer lo stesso usato come principale per arrivare magari ad uno con Sd doppia, e un Qt preferibilmente alto, da quello adatto ad una cassa chiusa in su, ovviamente mi riferisco all’altoparlante già appesantito.
Aggiungere una massa importante come detto significa interferire pesantemente sulle specifiche di un altoparlante, motivo per cui non me la sento di condizionare pesantemente le prestazioni di un woofer di fascia alta come il piccolo RS aggiungendogli una massa solo per lo sfizio di provare un DDELS. Come alternativa ho scelto il cugino più economico, il Sica 5,5 H 1,5 CP da 8 ohm, stessa SD, sospensioni simili, addirittura anche meno rigide, sensibilità lievemente più alta che con la massa in gioco non è certo disprezzabile, escursione simile, sembra un candidato perfetto. BassDesigner quantifica che la MA necessaria a raggiungere la frequenza di risonanza desiderata porterebbe una perdita di sensibilità importante di circa 6 dB, da qui la scelta di usare due woofer accoppiati con bobine in parallelo.
Configurare l’uso di più altoparlanti in BassDesigner è semplice e veloce, c’è una splendida funzione specifica che permette al volo di verificare cosa succede con più altoparlanti collegati a piacimento.
Di seguito la simulazione della risposta del woofer secondario (due woofer appesantiti con una massa di 30 g).
E sotto quella del woofer principale (accordato alla frequenza del secondario derivata da una ipotesi bass reflex, la caduta molto pronunciata verso l’estremo inferiore non sarà quella del DDELS).
per completezza aggiungo quella del solo woofer principale in cassa chiusa in un volume di 11 litri.
e ancora la risposta simulata di entrambi i woofer in cassa chiusa senza considerare le relative interazioni in cui è piuttosto evidente la caduta molto dolce verso l’estremo inferiore di entrambi i driver (la risposta del woofer secondario è quella azzurro scuro con il picco a 55Hz e quella del woofer principale è quella azzurro chiaro con Qt molto basso).
Anche senza avere la simulazione precisa fatta dal programma una idea di massima possiamo farcela ed ipotizzare una f-3 sotto i 40 Hz non mi sembra così azzardato, va poi tenuto conto del fatto che all’estremo inferiore la SD effettiva si arricchisce di due ulteriori woofer, dettaglio decisamente non secondario in un box di 11 litri, praticamente all’estremo inferiore arriviamo a disporre di una superficie del diaframma maggiore di quella di un comune woofer da 8”.
In un eccesso di zelo si potrebbero addirittura esplorare due ulteriori variabili, collegando la coppia di woofer usata come woofer secondario in parallelo per una maggiore sensibilità a scapito di una potenza limitata dalle escursioni (come per ora ho ipotizzato io) o in serie per disporre di una maggiore potenza applicabile a costo però di una minore sensibilità. Al momento, interpretando i dati che ho non credo che il livello sia tale da potermi permettere una configurazione serie, il livello alla risonanza del woofer secondario sembrerebbe effettivamente basso, ma questa parte dello spettro è piena di sorprese, non è detto…
Come sempre la coperta risulta corta, come accennavo sopra, una risposta a campana molto accentuata produce effetti “sfruttabili” in una porzione più ristretta e lascia all’estremo inferiore “la parola” al woofer principale virando maggiormente verso le caratteristiche di un bassreflex, una risposta a campana meno pronunciata permette una maggiore estensione verso il basso e verso l’alto (che comunque andrà filtrato) e una caduta all’estremo inferiore molto più dolce, tuttavia in entrambi i casi le membrane sono sempre sotto il controllo dell’ amplificatore.
In questo particolare caso i due woofer in parallelo mi permettono un livello piuttosto alto e una “curva di risposta” piuttosto ampia, sul problema delle escursioni non sono così preoccupato, soprattutto in merito a quanto scritto sopra, il DDELS comunque frenerà le escursioni dei coni, e inoltre il target resta quello del Borea, con una potenza applicabile di 20 W, frequenza di risonanza simile, DDELS al posto del bass reflex che dovrebbe fornire un basso molto controllato, esteso e piacevole, situazioni per la verità già verificate nel bassreflex utilizzato per il Borea.
Per concludere vorrei evidenziare un ulteriore fattore piuttosto importante, a livello elettrico l’effetto della “somma algebrica” delle curve di impedenza dei due woofer (per quanto queste siano molto influenzate dalle oscillazioni della bobina nel gruppo magnetico) resta consistente già dai valori più bassi dei relativi altoparlanti, a prescindere da quanto possano essere alti i relativi picchi alla risonanza. Questo mi da modo di credere che le variazioni di QT a cui accennavo sopra molto importanti a livello acustico diventino secondarie riguardo la linearizzazione dell’impedenza.
Una ulteriore piccola analisi va fatta riguardo la necessità di filtrare il woofer secondario, aggiungere massa ad un woofer porta variazioni facilmente simulabili da BassDesigner nel campo di funzionamento “a pistone”, a prescindere però da quale sia la banda utile al nostro progetto questo contributo acustico deve terminare prima di andare ad inficiare la risposta del woofer principale che probabilmente abbiamo scelto con una certa attenzione anche in merito alle sue peculiarità.
Da qui la necessità di un filtro passa basso la cui pendenza sarà probabilmente conseguente prima di tutto al tipo di “allineamento DDELS” scelto. Mi riferisco al discorso fatto in precedenza riguardo la possibilità di lavorare con un QT più alto o più basso, la situazione andrà ovviamente valutata caso per caso, e dipenderà da tanti fattori il primo dei quali è la finalità di progetto, Renato lo ha usato in un contesto High-End, suppongo che non abbia esagerato con la massa aggiunta, e tutto il progetto sia stato pensato per la massima linearità del sistema e questo gli abbia consentito di spingere la risposta del woofer secondario relativamente in alto, nessuno vieta di spingersi verso situazioni più estreme in cui possa essere preferibile chiudere la risposta del woofer secondario in bande inferiori, magari semplicemente perché la stessa massa aggiunta oltre a provocare un fattore di merito molto alto produce una caduta della risposta alle bande superiori. Questa è una delle condizioni permesse dal DDELS e non va considerata un problema.
L’ultimo punto che considero importante in questa analisi preliminare è di natura economica, un DDELS prevede un altoparlante ulteriore (due nel mio caso) e un filtro ulteriore. Su queste premesse quale sarebbe il senso di non accingersi ad utilizzare una terza via vera e propria?
Ci sono due situazioni in cui il DDELS può avere un senso, la prima è relativa alla compattezza del sistema, scendere in frequenza è comunque un esercizio costoso, in termini economici e di ingombri, qui non esistono risposte assolute, ogni situazione va pesata per quelle che sono le necessità, le premesse e le promesse di progetto.
La seconda che considero molto più interessante ed è anche quella in cui il DDELS ancora non si è visto (a parte qualcosa fatto da me per mio figlio) riguarda il settore professionale. Nel settore professionale gli ingombri sono fondamentali come è fondamentale la possibilità di utilizzare la banda disponibile al suo limite per tempi prolungati, per quanto a guardar bene nei sistemi prof. la prima ottava dello spettro risulta praticamente inesistente un DDELS può permettere di gestire certe situazioni con un grande vantaggio sia a livello di risposta che di tenuta.
Qui termina questa prima parte, nella prossima inizieremo ad analizzare la realizzazione.
Link alla pagina del Sica 5.5 H 1.5 CP
