Questa monografia si conclude con questa puntata, dedicata al principale problema posto dall’inserimento di un subwoofer e ad una sintesi dei principali concetti disseminati nei 6 mesi passati.

Prima di organizzare un utile sommario dei concetti illustrati in tutta questa articolata monografia sui subwoofer e sulla riproduzione delle basse frequenze estreme, non possiamo che concludere col discutere i due più grandi ostacoli che si devono affrontare per inserire un subwoofer in un sistema stereofonico: la connessione e la regolazione dell’incrocio.

W il sub! Ma dove lo collego?

Abbiamo analizzato come i problemi posti dall’acustica teorica al posizionamento in ambiente e all’efficace omogeneizzazione in questo del campo acustico prodotto da uno o più subwoofer, coinvolgano affascinanti quanto complesse conoscenze accademiche. Ma la corretta subwooferizzazione di un sistema stereofonico s’infrange spesso, anche rovinosamente, su banali problemi di connessione.

Appena si escludono le versatili elettroniche AV, con collegamenti multicanale nativi, sembra mancare quasi sempre la predisposizione al corretto inserimento del sub.

L’inserimento di un subwoofer attivo costituisce, a tutti gli effetti, una multiamplificazione. La procedura più ortodossa per realizzarla richiede che ci sia separazione tra il preamplificatore (o sorgente equivalente, come ormai sono i DAC e gli streamer multifunzione) e gli amplificatori finali, di potenza. Tale separazione è talvolta presente anche all’interno degli amplificatori integrati più flessibili (esempio classico, i piccoli storici NAD).

In tali casi è sufficiente (ma, come vedremo, non necessario né ottimale) dotarsi di una biforcazione per inviare lo stesso segnale agli amplificatori di potenza principali e al front-end del subwoofer, che provvede ad eseguire la somma L+R dei due canali (a meno che non si preferisca una soluzione con doppio subwoofer, mantenendo la stereofonia).

Ovviamente, è ancora più semplice se la nostra sorgente/integrato/preamplificatore è già dotato di apposite uscite ausiliarie PRE OUT o addirittura di un’uscita dedicata al subwoofer, monofonica e normalmente marcata come LFE (Low Frequency Effects). In tal caso andrà collegata all’ingresso del sub idoneo a tale segnale.

Il problema è che alcuni subwoofer, dichiaratamente orientati all’home theater, potrebbero avere unicamente l’ingresso LFE e, per essere inseriti in un sistema tradizionale, obbligano ad eseguire la somma L+R sul percorso del collegamento.

Una soluzione estemporanea può essere quella di unire i 2 segnali, interponendo su ogni ramo una resistenza di valore vicino all’impedenza d’ingresso nominale del subwoofer, solitamente tra i 10 e i 50 kΩ. Le resistenze possono essere talmente piccole da essere addirittura inserite nei connettori RCA.

Questa soluzione peggiora un po’ la diafonia tra i canali ed è meglio sostituirla con un sommatore attivo. In tal caso occorre mettere in conto scatolini esterni contenenti il semplice circuito, ma anche la relativa alimentazione, con moltiplicazione delle connessioni: rischia di divenire solo un’inutile complicazione.

E se invece non c’è alcuna separazione dell’amplificazione finale principale?

Ecco, qui iniziano le seccature che richiedono soluzioni creative, quelle che in genere risultano destabilizzanti per gli appassionati più insicuri.

Segnali stereo a basso livello sono anche prelevabili da un’uscita cuffia ma, in molti dispositivi, l’inserimento del jack nella presa cuffia disconnette l’uscita verso gli altoparlanti. Non resta che prelevare il segnale stereo proprio dalle uscite per gli altoparlanti principali, tramite un partitore resistivo di tensione, che la riduca di circa 20÷30 dB (10÷30 volte).

È una soluzione che -integrata- era già abituale nei gloriosi subwoofer attivi degli anni ’90 e che ancora oggi si trova presente, anche in modelli di gamma bassa.

Vedremo tra poco che tale collegamento è inibente per il migliore uso del sub, oltre a rappresentare un pericolo nella gestione dei ritorni di massa, con rischio di danni nel caso l’amplificatore principale abbia lo stadio finale “a ponte”.

Sono in commercio dispositivi accessori in grado di estrarre il segnale dall’uscita altoparlanti eseguendo l’opportuno disaccoppiamento della massa. Il primo che ho trovato è offerto dal produttore di subwoofer SVS, col nome, prolisso ma esplicativo, “SoundPath Speaker Level Subwoofer Adapter”, di cui allego foto e schema di collegamento.

Esistono scatolette simili che consentono anche il collegamento wireless tra un trasmettitore che riceva il segnale a livello linea ed un ricevitore, generalmente accessorio del sub, o addirittura incorporato in alcuni modelli più prestigiosi e flessibili.

Tale soluzione diviene praticamente obbligatoria quando si voglia posizionare il subwoofer molto lontano dalle elettroniche. Ancora più obbligatorio nelle raffinate installazioni multisuble cui peculiarità sono state illustrate nella scorsa puntata.

Chiaramente occorre fare le cose per bene e il canale di comunicazione wireless è ormai sempre di tipo digitale, analogo al bluetooth ma auspicabilmente con collegamento lossless (=compressione senza perdita d’informazione) e con trascurabili tempi di latenza (ritardo introdotto dalla conversione AD in trasmissione più le operazioni di codifica e decodifica della compressione).

Il dilemma dei canali principali

Siamo arrivati alla più critica delle problematiche inerenti all’inserimento di un subwoofer in un sistema stereofonico tradizionale, cioè non multicanale nativo.

Come si è detto, a tutti gli effetti, si tratta di una multiamplificazione in cui l’incrocio non può limitarsi al solo filtro passa-basso del subwoofer ma rende indispensabile un filtro passa-alto sul segnale da inviare ai diffusori principali.

Il razionale di questa necessità, se non è colto per intuizione, può essere evidenziato dalla misura della TND (una raffinata misura di linearità, sviluppata dal laboratorio della rivista AUDIOreview).

Un eccellente sistema di diffusori principali a 2 vie, è stato misurato con e senza un passa-alto del 2° ordine a 70 Hz [rif.bibl. 38, 50]. Il grafico, da solo, dice tutto e merita di essere qui riproposto.

Essenzialmente, lo stress legato al tentativo di ripro-durre le basse frequenze da parte di diffusori non adeguati, non si manifesta solo come estensione zoppicante in basso (diciamo genericamente sotto i 100 Hz) e con l’abbondante distorsione armonicadovuta al superamento dei limiti meccanici del woofer ma si propaga nella critica banda superiore, praticamente fino alla frequenza d’incrocio con la via adiacente. Nei sistemi a 2 vie questo significa ben oltre i 1000 Hz, banda in cui l’orecchio è estremamente sensibile. E nel grafico di fig.40 la misura rivelatrice è condotta a soli 90 dB SPL! Salendo a livelli sonori più coinvolgenti, così pretesi dopo che si è ritenuto utile dotarsi di un subwoofer, possiamo scommettere che il problema divenga ben più inquietante.

Ci sembra quasi di vedere gli ampi movimenti del cono, nel disperato tentativo di riprodurre inadeguatamente le basse frequenze, che portano a rendere le microoscillazioni, relative alle frequenze superiori, centrate in posizioni continuamente variabili e ben diverse da quella di riposo. È un fenomeno di intermodulazione, che acquista in questo caso evidenza macroscopica.

Possiamo dire che, al di là degli effetti speciali, del coinvolgimento fisico e degli altri aspetti da alcuni etichettabili come “fenomeni da baraccone”, l’inserimento di un subwoofer in impianti di riproduzione di pregio trovi ragione già per il solo miglioramento sulla resa dei diffusori principali, ove questi siano dichiaratamente inadeguati a produrre nelle prime ottave le pressioni acustiche necessarie al pieno godimento di ascolti realistici (e, per quello che abbiamo documentato in passato, questo significa “quasi sempre”).

Tutto vero e inattaccabile, purché l’inserimento del subwoofer sia effettivamente associato alla rimozione, dal segnale inviato ai diffusori principali, della banda critica che mal digeriscono.

Bene. Anzi male: l’opportuno filtro passa-alto sul segnale da inviare ai satelliti era la norma nei subwoofer attivi di 30 anni fa ma, in seguito alla diffusione dell’home theater e dei sistemi multicanale, è divenuto rarissimo.

Complice anche il colpevole approccio purista-integralista, che demonizza qualsiasi interposizione sul percorso del segnale (ignorando le innumerevoli “interposizioni” che caratterizzano la produzione, la distribuzione e la riproduzione di musica).

A difesa di questo approccio intransigente va anche detto che usare un filtro passa-alto integrato nel sub impone una linea coassiale stereofonica di ritorno, oltre a quella di andata, e se -come sovente accade- il subwoofer è posizionato a diversi metri dalle elettroniche, le riserve acquistano fondamento.

Fatto è che, oltre alla stragrande maggioranza dei subwoofer attuali, anche di alta gamma, la possibilità d’inserire un passa-alto per i diffusori principali è rarissima anche nei più recenti amplificatori integrati e preamplificatori, anche se sempre più spesso dotati addirittura di uscita sub dedicata.

Purtroppo, la spiegazione che trovo è che, grazie all’imperante ignoranza (intesa come mancata conoscenza), i subwoofer sono spesso considerati non una sinergica specializzazione dei ruoli, secondo i concetti della multiamplificazione, ma come brutale “rinforzo” delle basse frequenze, in funzione puramente additiva e non sostitutiva e simbiotica coi diffusori principali.

Inutile dire che la brutalità di un inserimento additivo, con sovrabbondanza della banda comune ai diffusori principali, la cui distorsione non avrà alcuna riduzione, è sufficiente a provocare il rigetto da parte di qualsiasi orecchio che esiga fedeltà.

In attesa che progettisti e produttori divengano più sensibili e integrino nelle elettroniche questa banale funzione, a noi, incontentabili rompiscatole, non resta che trovare dei surrogati.

La soluzione massimalista è inserire nell’impianto un crossover elettronico, analogico o digitale. La disponibilità di raffinate tecnologie DSP, a costi accessibilissimi, offre soluzioni che arrivano ad includere processori sofisticati per il bass management ed equalizzazione ambientale automatica (associata spesso all’acronimo DRC – Digital Room Correction). Nel prossimo futuro scommetto che ne vedremo parecchi, a supporto dell’uso “colto” del sub.

Nel DIY, chi è in grado di costruirsi da sé un filtro attivo di qualsiasi tipo non penso abbia bisogno di essere preso per mano, almeno in questa sede.

Per tutti gli altri, purché in grado di tenere in mano un saldatore senza rischiare incendi (o che conoscano qualcuno in grado di farlo) concludo con un paio di suggerimenti di semplice realizzazione pratica.

Anzitutto, già un passa-alto del 1° ordine, purché con frequenza di taglio di almeno 100 Hz, può produrre un miglioramento significativo nelle prestazioni dei diffusori principali. E un passa-alto del 1° ordine è realizzato da un semplice piccolissimo condensatore posto sul percorso del segnale in ingresso allo stadio finale.

Salvo rarissime eccezioni “esoteriche”, pressoché tutti gli amplificatori di potenza hanno uno stadio d’ingresso disaccoppiato in continua da un condensatore, che introduce uno zero nell’origine e che comunque costituisce un filtro passa-alto del 1° ordine, con frequenza di taglio generalmente in banda infrasonica.

La frequenza di taglio passa-alto f_PA di un tale stadio d’ingresso è facilmente calcolabile:

In cui C è il valore del condensatore (solitamente dell’ordine di 1 µF) e R_IN è l’impedenza nominale d’ingresso (solitamente compresa tra 10 e 50 kΩ).

Quindi, ponendo in serie all’ingresso un piccolo condensatore a film plastico con valore tra 33 e 180 nF, si dovrebbe ottenere il desiderato spostamento in alto della frequenza di taglio passa-alto.

Ovviamente pochi se la sentiranno di manomettere gli amplificatori finali principali, invalidandone la garanzia ma, anche in questo caso, scegliendo condensatori opportunamente miniaturizzati, si può arrivare ad inserirli entro i connettori in ingresso, specie se sono quelli grandi XLR dei collegamenti bilanciati (in tal caso occorre però porre un condensatore su ognuna delle 2 linee differenziali).

Per chi proprio desideri un taglio più deciso, sempre con semplice soluzione passiva, rispolvero i filtri dual slope (doppia pendenza), presentati in un vecchissimo numero di AUDIOreview dedicato proprio alla multiamplificazione con subwoofer, anche se con approccio primordiale [rif.bibl. 13].

Figura 41: filtri passivi “dual slope” e curve di risposta di passa-alto e passa-basso dual slope con incrocio a circa 90 Hz, ottenibile coi valori indicati, per impedenze d’ingresso degli amplificatori finali pari a 47 kΩ

Sono interpretabili sia come passa-alto che come passa-basso. Si tratta di due celle RC in cascata, con frequenza di taglio opportunamente scalata, nel cui calcolo occorre considerare l’impedenza d’ingresso dell’amplificatore di potenza. Oltre alla figura dell’articolo originale, che contiene le elementari regole di calcolo, unisco anche un grafico della risposta in frequenza per un crossover realizzato con tale tecnica, con incrocio a circa 90 Hz, ed i valori dei componenti relativi a un’impedenza di carico pari a 47 kΩ.

Probabilmente in commercio c’è qualcosa del genere, pronta all’uso, ma ho trovato tracce solo di versioni con taglio a 50 Hz (fig. 42), che comunque è meglio di nessun passa-alto sui diffusori principali.

Ovviamente, qualsiasi filtro passa-alto deve essere posto sull’ingresso dei finali, a valle del controllo di volume generale, altrimenti interverrebbe anche sul segnale inviato al sub. Quindi, come già indicato, risultano inutilizzabili eventuali loop per processori esterni o per tape monitor eventualmente presenti nel preamplificatore e che agiscono a livello linea, indipendente dalla manopola del volume.

Del resto, se il segnale controllato dal volume è già filtrato passa-alto, per il subwoofer diviene anche impossibile prelevarlo utilmente dall’uscita cuffia o da quella di potenza.

Le altre regolazioni d’interfacciamento

Una volta superato l’ostacolo del filtro pass-alto, il fine tuning tra subwoofer e diffusori principali è consentito dall’abbondanza di controlli normalmente presenti nei front-end dei subwoofer. Oltre alla regolazione del livello e della frequenza di taglio, pressoché tutti i modelli consentono l’inversione della fase, utile soprattutto ad adattare l’incrocio quando l’amplificatore di una delle 2 vie adiacenti abbia comportamento invertente rispetto all’altra.

Nei subwoofer attivi più sofisticati risulta ampiamente regolabile anche la fase (per la migliore continuità all’incrocio) e il ritardo temporale (per tenere conto di distanze dal punto d’ascolto molto diverse da quelle dei diffusori principali e per la perfetta regolazione dei sistemi multisub).

Possiamo ora procedere a completare l’interfacciamento tra subwoofer e sistema di diffusori principali. L’obiettivo è la loro migliore integrazione e quindi i segnali di test, a differenza delle impostazioni preliminari sul solo sub, descritte nella scorsa puntata, devono essere ora inviati all’intero sistema.

Anzitutto dobbiamo scegliere una frequenza d’incrocio, possibilmente in maniera razionale e non fideistica o guidata dalle mode.

In linea generale questa frequenza sarà opportuno che sia tanto più elevata quanto più piccoli e deboli sono i diffusori principali.

Nei confronti delle imperanti indicazioni al ribasso per la frequenza d’incrocio invito a considerare che l’impossibilità di individuare la posizione della sorgente vale tranquillamente fino a 150-200 Hz “in purezza” e che ciò che rivela la presenza del sub, cioè la responsabile dello “scollamento” dai diffusori principali sono proprio le distorsioni da non linearità, con armoniche che arrivano rapidamente in banda media. Quindi la criticità è tutta per i subwoofer economici e/o sottodimensionati.

Il giusto abbinamento

Ovviamente, è auspicabile che anche le potenzialità tecniche del subwoofer siano coerenti con le dimensioni (o con il potenziale) dei diffusori principali.

Come dimostrato in passato, la prestazione guida dei diffusori è la MOL, da considerare importante almeno al pari della risposta in frequenza, e l’obiettivo dell’inserimento di un subwoofer è ottenere un sistema complessivo in cui la MOL totale risulti significativamente estesa verso le frequenze più basse e con livelli ragionevolmente in crescita graduale e uniforme al salire delle frequenze.

Quindi, unire un “mostro” capace di 120 dB ad una coppia di minidiffusori che a malapena superano i 100 dB a 500 Hz, non è un’idea brillante.

Come anche pensare di ottenere qualche miglioramento unendo un subwoofer estremamente compatto ed economico a grossi diffusori da pavimento, che da soli potrebbero avere estensione in basso e dinamica migliori di quelle di un sub risicato.

Discorso analogo vale per la frequenza a cui limitare il subwoofer in alto. I subwoofer di buona qualità bisogna farli lavorare ed anche i più grandi mostri con potenziale infrasonico forniscono le loro prestazioni migliori tra 60 e 100 Hz. È un irrazionale peccato fermarli molto prima.

Solo i subwoofer di scarsa qualità devono essere limitati (o evitati). Infatti, se il subwoofer distorce, le armoniche prodotte ne riveleranno la presenza, facendone facilmente individuare la posizione e producendo una perniciosa “scollatura” dal sistema principale.

Nell’analisi, per individuare gli abbinamenti realmente vantaggiosi, e quelli inutili, è molto utile sovrapporre la MOL dei diffusori principali e quella dei subwoofer candidati.

Per esercizio, proviamo a farlo scegliendo un compatto bookshelf di classe media e 3 subwoofer molto diversi. Aumentiamo la MOL dei diffusori principali di circa 3 dB, per tener conto del loro funzionamento congiunto.

Il sub più grande (un super-18”, in verde) è certamente sprecato, potendo produrre suoni enormemente più intensi di quanto possibile nel resto della banda. Il sub più economico (un 10” molto mediocre, in azzurro) offre si un miglioramento apprezzabile ma solo a frequenze ben superiori a quelle desiderate da un subwoofer, mentre sotto i 63 Hz non c’è alcun miglioramento. Però il prezzo è 13 volte inferiore al primo!

Il sub intermedio (un 8” di alta gamma, in rosso) garantisce sufficiente estensione e dinamica, purché incrociato ad almeno 120 Hz e, in proporzione a contenuti tecnologici enormemente superiori, costa “solo” il triplo della scelta minimale, il che significa quasi pari ai diffusori principali dell’esempio.

Io sceglierei quest’ultimo.

La taratura

Concludo con suggerimenti pratici per procedere al completamento dell’installazione del sub nel nostro sistema, dopo averne deciso il posizionamento in ambiente, con le semplici modalità già esposte nella scorsa puntata, ed individuata la più opportuna frequenza d’incrocio secondo quanto appena suggerito.

Per la regolazione del livello e della fase, inviamo al sistema il rumore rosa filtrato nel terzo d’ottava contenente la frequenza d’incrocio desiderata. A volume moderato e col passa-basso del sub alla massima frequenza, controlliamo la coerenza di fase, individuando quale delle 2 posizioni (0° o 180°) procuri effetto additivo.

Anche in questo caso possiamo aiutarci con uno strumento di fortuna, come un’app fonometro su smartphone.

Commutando ripetutamente tra sub e diffusori principali, aumentiamo progressivamente il livello del sub fino a percepire un livello di rumore coerente con quello emesso dal sistema principale.

Poi riduciamo progressivamente la frequenza passa-basso del sub fino a rendere evidente un calo di pressione o fino alla frequenza d’incrocio desiderata.

Quindi, in caso sia presente anche la regolazione continua della fase, proseguiamo individuando la fase associata al livello acustico più elevato.

Infine riallineiamo il volume del sub fino a riottenere un livello omogeneo coi satelliti.

Finito.

Per una calibrazione molto migliore occorrono o udito certificato o strumentazione manovrata da uno specialista.

Se da una parte i subwoofer commerciali più prestigiosi sono ormai dotati di microfono e di procedure di calibrazione automatica in ambiente, nell’approccio manuale occorre anche considerare che il campo acustico alle frequenze di incrocio è comunque molto variabile nei vari punti della sala d’ascolto. Quindi, a meno che il vostro subwoofer non sia dotato di possibilità di regolazione a distanza, tramite un telecomando, un software su PC o un’app su smartphone collegato in bluetooth, è consigliabile convocare un amico da usare come telecomando, facendogli cambiare le regolazioni mentre se ne giudicano gli esiti dalla posizione d’ascolto preferita.

Non resta che godersi il concreto upgrade del nostro sistema di riproduzione.

Sommario

Detesto e considero offensiva la semplificazione “in breve” che spesso appare al termine dei testi prodotti tramite AI, anche se di lunghezza irrisoria. Ritengo utile non ridurre in pillole una monografia articolata in 12 puntate ma raccogliere qui di seguito le piccole conquiste concettuali costruite nel percorso.

Sommario

• Prima puntata:
  • Definizione di basse frequenze.
  • Perché “non esistono frequenze inutili, ma esistono solo frequenze difficili da riprodurre e limiti economici”.
  • La psicoacustica delle basse frequenze.
  • Quanto scendere in basso e perché. Il problema della riproduzione dei bassi.
  • Il modello ideale del woofer.
• Seconda puntata:
  • Perché serve potenza e non si può avere efficienza.
  • La necessità dei compromessi tra estensione, ingombri, efficienza e aria spostabile dal woofer.
• Terza puntata:
  • Non linearità dell’elasticità delle sospensioni.
  • Ruolo dei diversi tipi di bordo.
• Quarta puntata:
  • Non linearità della forza motrice.
  • Il fattore di forza.
• Quinta puntata:
  • L’escursione massima.
  • Rilievo psicoacustico della distorsione armonica delle basse frequenze.
• Sesta puntata:
  • MIL e MOL, misura e modello di calcolo.
• Settima puntata:
  • Considerazioni pratiche.
  • Uso di gruppi di woofer.
• Ottava puntata:
  • Equalizzazione della risposta.
  • Linearizzazione.
  • Razionalizzazione degli interventi elettronici.
• Nona puntata:
  • Considerazioni pratiche.
  • Prima ricetta progettuale razionale condizionata dalla MOL stimata.
  • La variabile dimensione dell’ambiente d’ascolto.
  • Le misure.
• Decima puntata:
  • Divisione dello spettro in 4 bande
  • Fuori e dentro il mobile.
  • Dualità tra bassi estremi in ambiente e misure MIB (Mic In Box).
    Il room gain.
  • Prime conclusioni che orientano progetto o scelta del subwoofer.
• Undicesima puntata:
  • Superare i condizionamenti sbagliati.
  • Quanto scende? Gommoni sì o no?
  • Cassa chiusa o bass reflex?
  • Richiami di equalizzazione.
  • La potenza giusta.
  • Una guida al posizionamento in ambiente.
• Dodicesima puntata:
  • Collegamento del sub al sistema stereofonico.
  • Incrocio coi diffusori principali.
  • Scelta del dimensionamento del sub.
  • La taratura del sistema.
  • Sommario.