A questo punto il risultato strumentale della curva di impedenza sembrava confermare uno degli effetti più interessanti di un carico DDELS, il contenimento delle escursioni dei woofer, per cui prima di procedere con le prove strumentali che avremmo effettuato in Sica, una veloce prova di ascolto ci stava.
Il precedente filtro Borea come scritto in precedenza era nato in un momento personale tutt’altro che felice, dava eccellenti misure strumentali ma aveva un difetto che proprio non digerivo, le voci maschili eccessivamente arretrate.
Ho corretto questa cosa ma senza stare troppo dietro alle finezze timbriche, quasi tutto il lavoro successivo è stato focalizzato sul funzionamento del carico DDELS. Il basso del Borea è un bel basso, anche inaspettatamente imponente e preciso nella mia sala d’ascolto, in questa variazione mi aspettavo maggiore controllo e tenuta in potenza.
L’ascolto…
Visto che tutto era già stato esagerato non vedevo motivo per non farlo anche durante l’ascolto, inizio come per Borea con G.O.A.T. Polyphia, che in quanto a immanenza di basso decisamente non scherza, volume a ¾, o salta tutto o funziona… Cacchio se funziona! due diffusori da 11 litri con due woofer da 13 cm (che per la verità a quelle frequenze diventano 6), l’impatto sonoro c’è, la presenza c’è, non arriviamo ai 30 Hz ma vengono accarezzati con facilità, la tenuta in potenza sembra essere superiore a Borea. Nelle stesse condizioni ricordo gli spostamenti della membrana del woofer che mi suggerirono di tagliare ¼ del volume per paura di vederla volteggiare per il soggiorno, con il DDELS in effetti sembra meno sollecitata, il timbro generale a certi volumi inizia ad indurirsi ma da capire quanto dipenda dall’amplificatore. Comunque andiamo su qualcosa di “facile”, tipo Bach Toccata e fuga Telarc, ottimo organo a canne, i 30 Hz non ci sono, le ginocchia non tremano ma si percepiscono in qualche modo, sotto (ovviamente) niente, Contrabbasso solo (in rete) ottimo, contrabbasso bello presente e rotondo, a questo punto decido di tagliare la testa al toro, Peter Gabriel I/O dove il basso arriva a 32 Hz ed è al livello della voce solista, quel Do a 32 Hz effettivamente è asciutto, ma devo dire che tutto il resto stavolta è piuttosto disarmante, bel basso predominante come si conviene a Peter Gabriel ma niente di particolarmente invadente, tutto ben ascoltabile e godibile, non nascondo che su qualche disco qualche sfumatura che ho ascoltato non l’avevo mai notata. Beethoven Abbado Berliner Nona sinfonia Deutsch Grammophon, morbida e piuttosto setosa, le dinamiche travolgenti tra timpani e cori restituite con una certa naturalezza, poi Chopin Polanaise in Ab Telarc, Spyrogyra Stories without words, Edoardo Brotto che suona Rachmaninoiv Velut Luna, Mozart Requiem Decca, Gianni Nocenzi con il suo Miniature, Avion Travel, Amy Winehouse, Katy Perry, Mariah Carey, Whitney Houston, Kate Noonan, Kate Melua, svariate altre cosette in rete. Tutto sommato sembra un buon risultato, una critica riguarda la scena restituita che rispetto a Borea perde qualcosa nello sviluppo verticale, in Borea era decisamente magica, ma devo dire che sinceramente un anno di misure, prove, variazioni intorno allo stesso nucleo mi ha un pò saturato, al punto che diventa difficile anche andare a cercare il posizionamento migliore dei diffusori, va bene così, è ancora un sistema sperimentale ed andare a cercare il pelo nell’uovo dopo aver ipotizzato un DDELS, preso degli altoparlanti, smontate le cupole, rifatte in alluminio al tornio della massa giusta, simulato, verificato, verniciato, incollato, riforato i vecchi Box nati per ElenaRS, riposizionati i nuovi passivi, rimisurato e ancora e ancora… un progetto alla fine è una gara, tutto bellissimo ma se non la finisci…
…le misure…
E così arriva il giorno in cui arriviamo in Sica, mi ricevono con gentile professionalità, il reparto R&D Sica è molto accogliente, bello, ordinato, pieno di strumenti e la camera anecoica contigua… come posso esimermi da un (intimo) paragone con quello a cui sono abituato a casa mia?
Ad accogliermi Emanuele Seri e Carlo Mengascini responsabili Lab e R&D Sica e dopo neanche 5 minuti arriva Raimondo Sbarbati fondatore dell’azienda, frasi di circostanza ed iniziamo subito le prime misure standard in camera anecoica, giusto per inquadrare la situazione.
Sotto, curve di impedenza misurate con gruppo woofer secondario in configurazione “passiva” colore blu e DDELS colore rosso la scala è logaritmica anche sulle ordinate.
Fatte quelle andiamo al nocciolo della questione, verificare le escursioni dei woofer.
Per farlo utilizziamo il sistema Klippel, il diffusore viene bloccato fisicamente in posizione, un laser punta direttamente la membrana in misura sulla quale viene apposto un piccolo adesivo riflettente, il sistema invia all’altoparlante in misura un segnale a largo spettro, sembra un rumore rosa, e analizza in real time diversi parametri mentre continua ad aumentare il livello del segnale e misurare gli spostamenti della membrana.
Tramite il monitoraggio della resistenza della bobina lo strumento stima i livelli di temperatura raggiunti durante la misura.
Il grafico restituito è piuttosto interessante, sull’asse delle ordinate viene visualizzato lo spostamento in millimetri rispetto allo zero centrale, valori positivi e negativi, e su quello delle ascisse una scala temporale in secondi “racconta” indirettamente la potenza applicata indirettamente perché il livello del segnale applicato cresce costantemente in modo ovviamente ripetibile e mostra oltre che le escursioni reali con diversi livelli di potenza anche eventuali asimmetrie, la tendenza della membrana ad essere “spinta” fuori o dentro il box a diverse potenze. Si tratta di una procedura nata per misurare i singoli altoparlanti in aria libera ma che abbiamo scelto di usare sulla base delle necessità.
In questo primo grafico relativo al woofer principale troviamo due curve sovrapposte, la grigia è relativa al woofer secondario in modalità “attiva”, la rossa al woofer secondario in modalità “passiva” e già escono dati interessanti
La procedura eseguita dallo strumento è piuttosto complessa, i parametri misurati in contemporanea sono diversi, in questo grafico è visualizzato lo spostamento della membrana in funzione temporale.
Perché mai usare una funzione temporale? Perché lo strumento dopo una serie di misure iniziali a basso livello inizia ad applicare un segnale crescente.
Il grafico seguente mostra i livelli di tensione applicati ad ogni singola misura riportata.
Sulle ordinate i livelli e sulle ascisse la stessa scala temporale, i livelli massimi di tensione (abbiamo un simile grafico anche per la corrente ma non vorrei complicare troppo la lettura) che lo strumento applica ad ogni misura non sono ovviamente casuali, dipendono dalle condizioni operative misurate e restituite in real time, quella curva verde che ad un tratto si impenna è dovuta alla procedura particolare applicata.
Il modulo di misura adottato nasce per analizzare direttamente singoli altoparlanti in aria libera, noi lo abbiamo usato su altoparlanti montati in cassa con filtro di crossover, soluzione necessaria a verificare la situazione reale, il limite di questo approccio era che per misurare il comportamento del woofer secondario in modalità “passiva” dovevamo ovviamente applicare un segnale di pilotaggio allo stesso woofer principale mentre misuravamo le escursioni del secondario passivo. Klippel misura i parametri dell’altoparlante che sta pilotando e legge indirettamente anche quelli critici come la temperatura della bobina mentre restituisce le escursioni della membrana, di fatto stava tenendo sotto controllo le escursioni del passivo mentre pilotava il woofer principale, il passivo oltre ad una soglia non mostrava spostamenti ulteriori e il sistema continuava ad aumentare il segnale applicato fin quando la bobina mobile non è saltata, ma questo è un dettaglio secondario, del resto in quel momento era applicata una tensione di 33 V ed una corrente di 5,8 A ed eravamo ai limiti di escursione già da più di 100 secondi (33*5,8=191,4).
Ma torniamo al punto, al di là della lieve asimmetria iniziale che porta la bobina mobile a lavorare di un paio di decimi fuori dalla posizione centrale, quando la potenza applicata inizia a crescere si può vedere una prima maggiore escursione in modalità DDELS, situazione che poi si inverte al raggiungimento della potenza massima applicata, ricordo che stiamo visualizzando il woofer principale, all’aumento della potenza applicata notiamo un aumento della asimmetria, come se la membrana del woofer subisca una spinta costante che tende a “farla uscire dal box”.
C’è comunque un dato incontrovertibile, più ci si avvicina alla potenza massima più aumenta la riduzione delle escursioni con il DDELS inserito, fino ad essere realmente molto significativa alla potenza massima.
Passiamo al grafico successivo in cui abbiamo le stesse misure relative stavolta al woofer secondario.
Le cose che ritengo più significative, l’apparente migliore simmetria di lavoro delle bobine (che sono due su due membrane appesantite) risulta opposta a quella del woofer principale, la tendenza a “spingere fuori” la membrana del woofer principale viene visualizzata nella tendenza a “cadere dentro” delle membrane del woofer secondario, visto che stiamo misurando una sola delle due membrane è fisiologico che la linea della “asimmetria” sia meno pronunciata, ma personalmente vedo uno squilibrio di pilotaggio tra il woofer principale ed il gruppo secondario a favore di quest’ultimo.
Altro punto è la scarsissima differenza di spostamento tra le due modalità, mi sarei aspettato una differenza molto più marcata ma i dati raccontano di un gruppo woofer secondario acusticamente molto legato al principale. Segno che poi il livello di emissione del gruppo woofer secondario non è molto influenzato dal pilotaggio, ricordo sempre che in questo grafico viene visualizzata l’escursione in funzione della potenza applicata con un segnale ad ampio spettro.
…il riascolto…
A questo punto procediamo con ulteriori prove di ascolto, i livelli sono decisamente alti, la sala effettivamente è grande e Pierfrancesco mi fa notare che intorno ad una precisa frequenza sembra che l’escursione del Woofer principale sia fuori controllo, in effetti anche ad occhio c’è qualcosa di strano nelle escursioni del piccolo woofer.
Io onestamente a casa non mi ero spinto a questi livelli ma soprattutto ero molto focalizzato sulla verifica dell’estensione, anche usando per gli ascolti brani che evidenziassero i limiti inferiori raggiungibili, ma questo succedeva ad una frequenza precisa, intorno ai 60 Hz, quella tipica di una cassa di batteria.
Ok un pomeriggio bello denso di misure e prove ed una discreta dose di dati su cui meditare, arrivo a casa e faccio qualche ascolto veloce cercando di capire dove sia il problema.
Dovrei poter misurare separatamente le curve di impedenza dei singoli woofer, sia il principale che il secondario ma continuando a pilotarli entrambi, altrimenti non sarei in DDELS. Non posso limitarmi a collegarli in parallelo, devo tenere i due circuiti separati, applicare il medesimo segnale ad entrambi tramite due amplificatori separati in modo da rilevare un grafico di impedenza per ognuno mentre “acusticamente” è influenzato dal funzionamento attivo dell’altro…un momento, nella piccola JBox III c’è una uscita a basso livello con lo stesso segnale inviato all’amplificatore interno, serve per le misure tramite appunto un amplificatore esterno, prendendo quel segnale potrei inviarlo ad un secondo amplificatore al woofer che non sto misurando, potrei così avere la misura dell’impedenza condizionata dal contributo acustico dell’altro woofer.
…e le rimisure…
Il piccolo JBox per le misure di impedenza (con REW) usa una swippata sinusoidale con un segnale che è esattamente di 1 V, e queste sono le curve di impedenza in doppio pilotaggio.
Questo il woofer principale:
i) in verde la curva di impedenza risultante con il woofer secondario scollegato (in funzione “passiva”)
ii) in azzurro la curva di impedenza risultante quando il woofer secondario è pilotato.
Quello che salta subito all’occhio è “il problema”, un dato che proprio non mi aspettavo, ad una frequenza specifica il pilotaggio del woofer secondario invece che contenere l’escursione del woofer principale la accentua!
Noi autocostruttori parliamo spesso di risonanze accordi curve di impedenza, finendo magari per dare per scontate delle curve, qui vediamo effettivamente quanto il solo contributo acustico di una membrana riesca a condizionare il comportamento dell’altra, quella che stiamo misurando.
Questo grafico mostra realmente quello che succede a seguito di interazioni “acustiche” con un secondo woofer con il quale non c’è nessuna connessione elettrica.
Sono ben evidenti, sia l’assorbimento di energia a 40 Hz dovuto alla risonanza meccanica quando il woofer secondario è lasciato libero, sia l’estensione di questo “controllo” verso il limite inferiore quando è pilotato, per cui potremmo considerare lo “spiacevole effetto collaterale” a 62,5 Hz un errore di valutazione iniziale che pregiudica l’intero senso del progetto o magari uno dei fattori di controllo che una configurazione DDELS permette. Come al solito fai una misura per verificare una ipotesi e al posto di una risposta trovi dieci nuove domande, la prima delle quali è sempre la stessa:”Perché?”
Andiamo con ordine e vediamo le stesse misure stavolta sul woofer secondario:
i) anche qui in verde la curva di impedenza risultante con il woofer principale scollegato in funzione “passiva”
ii) in azzurro la curva di impedenza risultante quando il woofer principale è collegato
Anche in questo caso passare da una seconda membrana “passiva” ad una attiva (stavolta con una FS maggiore) non produce solo un controllo dell’escursione ad una frequenza specifica ma cambia completamente la curva nell’intorno della risonanza.
Qua sotto ripeto la curva di impedenza totale del diffusore in modalità DDELS che vede l’amplificatore:
Ora cerchiamo di capire quanto ogni altoparlante “senta la spinta” dell’amplificatore, esistono due circuiti collegati in parallelo, uno relativo al woofer principale e uno al gruppo woofer secondario.
I grafici sopra come detto sono i risultati di uno sweep sinusoidale applicando ai morsetti una tensione di 1 V, chiediamo aiuto alla legge di Ohm per stimare la corrente circolante solo alla frequenza incriminata di 62,5 Hz. La formuletta dice V=RI, a 62,5 Hz la corrente circolante nel woofer principale è 1/51=0.0196 A, Quella nel woofer secondario è ⅕=0.2A, ovvero almeno 10 volte superiore, ora consideriamo un secondo fattore in gioco, le rigidità delle sospensioni e le masse in gioco, il woofer principale si trova a “comprimere” il medesimo volume d’aria (11 litri) del woofer secondario, tutti sono in fase.
Consideriamo ora solamente la modalità passiva, se le sospensioni del woofer secondario fossero perfettamente rigide il woofer secondario non esisterebbe sarebbe una semplice parete e il suo contributo sarebbe ovviamente nullo (stesso discorso può essere fatto in senso inverso) saremmo in condizione cassa chiusa, ora immaginiamo la situazione in cui la rigidità della sospensione del passivo sia talmente bassa da essere trascurabile, l’escursione del passivo sarebbe massima alla sua risonanza, l’assorbimento di energia verso il woofer principale ridurrebbe al minimo l’escursione di quest’ultimo (quello che succede in un accordo reflex senza alcuna perdita), una trattazione in merito piuttosto completa ed interessante è a firma di Raimondo Sbarbati sul numero 317 di Costruire HiFi.
Nella nostra situazione il piccolo woofer principale dovrebbe disporre di una energia elettrica e meccanica tale da permettergli di opporsi a due woofer ognuno con Cms simile al suo ma che “premuti insieme” sono di fatto una molla di rigidità doppia, dotati di una massa complessiva di circa 90 g (MMS di ogni singolo cono più le due masse aggiunte di 30 g) che risultano pilotati con una potenza dieci volte superiore, potremmo definirla una guerra persa, a guardare dall’altro lato la situazione è ugualmente raccapricciante, due woofer “tosti pesanti, potenti e rigidi” contro un piccolo woofer “morbido e depotenziato”, non a caso le misure mostrano che al crescere della potenza applicata il piccolo woofer si trova a cedere in misura sempre maggiore alla pressione interna generata dal gruppo woofer secondario, proprio mentre questo sente cedere la pressione interna per evidenti perdite di controllo del woofer principale (che una volta superata la massima escursione lineare perde ulteriore controllo nel gruppo “motore”.
Va bene, è una disfatta totale, il mio lato pessimista dice di buttare via tutto perché tutta l’ipotesi è basata su presupposti sbagliati, il mio lato ottimista al contrario dice che va bene, sono solo i presupposti iniziali ad essere stati troppo ottimistici, la verità è che non ha senso essere pessimista né ottimista perché i presupposti iniziali sono stati volutamente esagerati per andare proprio a vedere fino a che punto mi sarei potuto spingere.
E allora? beh le strade sono diverse, potrei smontare le masse aggiunte, alleggerirle, alzare la frequenza di accordo e fare in modo che le interazioni acustiche tra le membrane “evitino” di provocare una eccessiva escursione del woofer principale, ma perderei insieme a parte della banda anche parte del controllo delle escursioni all’estremo inferiore, certo è che se per controllare quello che succede a 40 Hz produco una situazione fuori controllo a 62 Hz il guadagno è piuttosto discutibile.
Ma le vie del DDELS sono infinite…
Beh… no! Diciamo numerose, non potrei forse semplicemente ridurre l’energia circolante nel gruppo woofer secondario e rimetterlo in condizione di non prendere a martellate il woofer principale? I woofer usati come secondari sono due al momento collegati in parallelo, basterebbe switcharli in serie senza toccare niente altro e vedere cosa succede.
E così sia…vediamo prima il woofer secondario:
i) azzurra bobine in parallelo
ii) verde bobine in serie
e di conseguenza cosa succede in questa nuova modalità al woofer principale:
i) azzurra bobine del woofer secondario in parallelo
ii) rossa bobine del woofer secondario in serie
Come anticipato non ho toccato niente altro, anche la cella filtro del woofer secondario è rimasta collegata.
Quello che succede a seguito di questo intervento è che la corrente circolante nel woofer principale alla frequenza incriminata sale a 1/33=0.03A a fronte di quella circolante nel woofer secondario che scende a 1/12=0.083
Dall’essere 10 volte maggiore arriviamo ad essere 2,7 volte maggiore, può sembrare un dato poco significativo ma fa tutta la differenza del mondo, magari qui sarebbe stato utile un grafico capace di visualizzare la corrente circolante nella ottava intorno al picco di 62,5 Hz ma non so come farlo.
Cioè il target iniziale di progetto era una potenza massima applicabile di 20W e massima estensione possibile verso il basso, con questa piccola modifica il woofer secondario non dispone più dell’energia capace di mandare fuori controllo l’escursione del woofer principale. A 62,5 Hz resta un picco di escursione ma i problemi iniziali semplicemente non sussistono, certo volendo si potrebbe ipotizzare un progetto DDELS incentrato sul controllo reciproco delle escursioni in modo da avvicinare la massima potenza applicabile a quella elettrica dissipabile delle bobine nello spettro più ampio possibile, eliminando parzialmente i problemi del raggiungimento delle massime escursioni, sarebbe anche una cosa interessante e rilevante, purtroppo non la vedo fattibile al momento, credo necessiti quantomeno della possibilità di simulare almeno parzialmente un DDELS, quantomeno per evitare di passare giorni a provare masse differenti che necessitano di essere incollate, scollate, rifatte ecc.
Resta il fatto che in un ambito Hi-Fi, con un diffusore di 11 litri pensato per ascoltare musica in camera o in soggiorno a volumi gestibili i risultati raggiunti non sono affatto da buttare.
Naturalmente a fronte di un cambiamento del genere la curva di impedenza vista dall’amplificatore sarà decisamente diversa:
I valori in modulo restano sotto i 17 ohm in tutta la banda e tornano delle rotazioni di fase che nella versione precedente erano molto attenuate, restiamo comunque nel comportamento di una cassa chiusa non particolarmente difficile.
Ora alla luce dei nuovi risultati ho modificato anche la cella passa basso del Woofer secondario eliminando il condensatore.
E sotto è visibile la nuova curva di impedenza in doppio pilotaggio del woofer secondario con la nuova cella filtro semplificata:
E ovviamente la nuova curva di impedenza del diffusore con il woofer secondario dotato di filtro a 6 dB/ott:
E siamo giunti al termine, proviamo a tirare le somme di questa analisi pratica.
Considerazioni finali
La prima cosa a cui ho pensato dopo tutto quanto descritto… ho pensato a Renato e mi sono posto la domanda se fosse arrivato alle mie stesse conclusioni, e la risposta è stata facilissima, ovviamente si, si sarà posto gran parte dei problemi pensando alla cosa e sarà arrivato alle mie conclusioni ancora prima di ipotizzare lo sviluppo effettivo del progetto, del resto non parliamo di uno “sprovveduto”, ma queste sono mie considerazioni personali che ognuno deve sentirsi libero di condividere o meno.
Torniamo al DDELS, esiste una “ricetta perfetta”? Ovviamente no! Può essere considerata una configurazione miracolosa? Ovviamente no! Ha davvero senso? Ovviamente si!
Quali sono i fattori da considerare per realizzare un DDELS?
La soluzione adottata da Renato è la più semplice e funzionale specie in ambito Hi-Fi, usare un secondo woofer identico al primo, portarlo alla frequenza di risonanza desiderata per l’accordo scelto con una massa aggiunta non esagerata, tale che il suo livello scenda intorno a 3 dB, il nuovo fattore di merito e la relativa perdita di sensibilità saranno già ottimi per buttarlo in cassa e avere ottimi risultati.
Andare oltre e cercare configurazioni più spinte è fattibile, usare un woofer secondario con una SD maggiore si può fare a patto che la rigidità delle sospensioni e la “forza bruta” siano tali da non sovrastare il woofer principale, come woofer secondario andrebbe preferito un componente con un QT piuttosto alto (adatto ad una cassa chiusa) buona escursione, gruppo magnetico non esagerato i vecchi woofer di una volta, un QT molto alto si adatta molto bene ad un DDELS e permette di spostare la frequenza di accordo del woofer secondario un po’ più in basso senza problemi, specie con valori di impedenza maggiori di quelli del woofer principale.
Ma tutto questo ha senso? Bè… a questo mondo qualcuno compra una Bugatti che semmai potesse e ne fosse capace di portare al limite in un luogo opportuno che probabilmente se esiste non è raggiungibile da un comune mortale… nel caso con 100 litri di benzina avrebbe un divertimento che non arriva a 15 minuti, al quattordicesimo minuto i serbatoi sarebbero vuoti e la macchina resterebbe ferma in mezzo alla strada.
Tutto questo ha senso?
Va bene esempio esagerato, un DDELS necessita di un ulteriore woofer, a quel punto perché non pensare direttamente ad una terza via? Perché una terza via da sola non arriva a certe frequenze, cioè scendere a certe frequenze costa in termini economici e di spazio, in questo il DDELS può essere una delle soluzioni, specie se come cercato di dimostrare può permettere il superamento di certi limiti legati ad un normale sistema accordato conservando le peculiarità sonore di una cassa chiusa. Altra soluzione praticabile potrebbe essere come già accennato in precedenza il settore professionale che ultimamente sta virando verso un uso molto più esteso del radiatori passivi, per motivi più pratici che acustici, un radiatore passivo permette di non far entrare nel box salsedine e polvere che distruggono la vita dei componenti interni, un “quasi passivo controllato” come è il DDELS oltre ai vantaggi appena citati permette un controllo delle escursioni in un range impensabile per un passivo o un bass reflex, permettendo la restituzione della banda del diffusore ad una potenza superiore nelle ottave attualmente più critiche, quelle associate alle massime escursioni dei coni. Per un appassionato autocostruttore magari può semplicemente essere uno stimolo in più tra gli altri nel caso fosse a corto di situazioni con cui litigare con la moglie.
Stavolta mi fermo davvero, un abbraccio a tutti.
Link alla pagina del Sica 5.5 H 1.5 CP
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