Nella terza puntata del progetto Micro 4, torniamo ad analizzare in dettaglio il comportamento reale dei componenti scelti per questo diffusore compatto: dalle misurazioni effettuate in ambiente anecoico simulato alle risposte in frequenza di woofer e tweeter, fino alla progettazione del crossover che li armonizza nel sistema completo. Dopo aver visto le scelte costruttive e teoriche nelle puntate precedenti, questo articolo mette al centro i dati sperimentali e le soluzioni che permettono di trasformare in realtà un progetto hi-fi economico ma performante.

Le misure sugli altoparlanti

Quando si parla di diffusori, le basse frequenze possono cambiare radicalmente a seconda del tipo di cassa. Un sistema Bass Reflex usa una porta appositamente accordata per sfruttare la risonanza dell’aria e “spingere” i bassi più in basso e più forte. Il risultato è un suono più pieno e potente, ideale quando si vuole sentire ogni nota profonda con grande presenza. L’unico compromesso è che la risposta ai transienti, cioè la rapidità con cui l’altoparlante reagisce ai cambiamenti, può risultare più lenta, e in alcuni casi, quando il sistema viene mal progettato, si può percepire un picco vicino alla frequenza di accordo della porta.

Il woofer Dayton Audio DSA115.8

Nella figura che segue troviamo la risposta in frequenza, per varie angolazioni, del piccolo woofer Dayton Audio.

Le curve sono state rilevate in ambiente anecoico simulato, con il microfono posto a 25 cm in asse all’altoparlante e con gli altoparlanti montati sul mobile. Nella misura sono presenti quindi sia le diffrazioni ai bordi (che nel mobile di prova sono arrotondati), sia il carico acustico dato dal baffle anteriore.

La curva azzurra si riferisce alla misura in asse, mentre quelle viola e arancione sono le rilevazioni a 30° e 45°.

Come si vede, a parte le leggere alterazioni dovute sicuramente ad interazioni con l’ambiente (ho fatto le misure nel mio salotto a causa del guasto improvviso del computer su cui è installata la scheda Clio ISA che uso da tempo e che funziona perfettamente – la scheda, non il computer – ) la risposta in gamma media è assolutamente piatta e regolare. A causa del fatto che la rilevazione è in ambiente anecoico simulato, le curve sono corrette solamente a partire da circa 180 Hz.

Sono evidentissimi i due picchi di risonanza posti al di sopra di 7 kHz. Nella prima puntata abbiamo visto però che nella risposta dichiarata è presente un solo picco, a 10 kHz, mentre qui ne troviamo 2. Il primo, posto a frequenza più bassa, circa 7,5 kHz è in realtà dato da qualche alterazione causata dal posizionamento, che purtroppo non sono riuscito ad eliminare ma che poi sparisce nelle misure a 30° 3 45°. In ogni caso si questo primo picco che il secondo, posto a circa 10 kHz, come nella risposta dichiarata, non danno assolutamente dare fastidio pur essendo di livello rilevante, come vedremo poi, dato che la frequenza di incrocio tra gli altoparlanti è posta a circa 3,5 kHz.

Il tweeter ND20FA-6

La risposta, in asse e fuori asse, del piccolo ed economico tweeter con magnete al neodimio è visibile nel grafico seguente.

Da notare che, al contrario della curva dichiarata, quella in asse (curva blu) appare piuttosto tormentata, con un avvallamento tra 3 e 4 kHz, dovuto alla mancanza del carico acustico del pannello (la misura dichiarata è stata sicuramente rilevata su un pannello grande) che ancora si fa sentire al di sopra di 3 kHz. Anche questa irregolarità si farà sentire poco dato che quella è proprio la zona dove cade la frequenza di taglio; potremo quindi compensare la caduta con una scelta opportuna dei componenti del crossover.

Essendo un tweeter di piccolo diametro, circa 20 mm, la dispersione è molto buona, con una caduta fuori asse relegata alle ottave più alte.

Il crossover

Nella figura seguente vediamo le curve di woofer e tweeter sovrapposte ma senza alcun filtro. Io adotto sempre questa tecnica che mi fa vedere subito “a occhio” quale sarà la zona migliore dove incrociare i componenti.

Nel nostro caso la zona migliore è proprio in corrispondenza dell’avvallamento sul tweeter e della discontinuità sulla risposta del woofer, che andranno appunto compensate con il crossover. Da notare anche come il tweeter vada fortemente attenuato, per non avere alte frequenze che definire “brillanti” sarebbe riduttivo: io userei il termine “trapananti”.

Lo schema del crossover utilizza uno schema classico, simile a quello impiegato a suo tempo sulle Micro 1, con la differenza che mentre nelle originali del 1989 il taglio era asimmetrico, 12 dB/ottava sul tweeter e 6 dB/ottava sul woofer, qui le pendenze sono uguali e pari a 12 dB/ottava. La cella del woofer utilizza un circuito posto subito prima dell’altoparlante che ne compensa (in maniera mirabile direi) la salita dell’impedenza verso le alte frequenze (R3 e C3), mentre per il taglio impiega l’induttanza L2 ed il condensatore C2. Da notare che tutti i componenti sono di valori standard, e quindi non si sarà costretti a montare condensatori in parallelo o resistori in serie, con il rischio di aumentare il costo del crossover e finire inutilmente fuori budget.

La cella del tweeter è una classica a due poli ma in questo caso è risonante; questa caratteristica serve proprio a compensare il calo di emissione all’intorno dei 3 kHz che abbiamo visto prima.

Un generoso resistore in serie all’altoparlante ne attenua la riposta di diversi dB.

Nel progetto originale delle Micro 1 avevo previsto, e montato sul retro del mobile, un interruttore che serviva a modificare la resistenza in serie al tweeter (in realtà avevo preso l’idea dalle mie mitiche Epicure 10 che avevano appunto un interruttore a levetta con le scritte “normal” e “increase“). Qui non ho previsto alcun interruttore, ma vi esorto a sperimentare modificando il valore della resistenza R1 da 15 ohm per cambiare il “carattere” di questi mini diffusori, ed eventualmente a mettere voi l’interruttore.

Il software che ho utilizzato, VituixCad, consente di calcolare e visualizzare la risposta ai morsetti del filtro. Qui è possibile vedere il filtraggio elettrico che il crossover opera sugli altoparlanti. Come si vede la cella del woofer, proprio a causa della compensazione dell’andamento induttivo dell’impedenza, è regolarissima, quasi da manuale, mentre nella curva del tweeter è visibile l’effetto della cella risonante che “alza” il livello del trasduttore nella sona dove la sue emissione era più deficitaria.

Nella figura seguente vediamo le risposte delle singole vie filtrate. Mi è stato fatto notare che il il picco tra 8 e 9 kHz potrebbe essere udibile. In realtà si trova a più di 10 dB al di sotto del livello di emissione del tweeter. Tuttavia potrebbe essere interessante attenuarne comunque il livello con un filtro notch realizzato con una cella risonante. C’è da dire che una soluzione del genere aumenterà sicuramente il costo del crossover, che già non è risicato nonostante il budget di livello basso. Vedremo comunque nella prossima puntata come sia possibile ridurre la risposta del picco così che non interferisca con la risposta del tweeter.

Il risultato di cotanto lavoro è visibile nella figura seguente.

La risposta complessiva in asse è piuttosto regolare, considerando che si tratta di un sistema veramente molto economico. Come già detto le misure sono attendibili solo a partire da circa 180 Hz in su, in questo caso anche più di 180 Hz, ma a noi interessa la zona di incrocio.

Variando la resistenza R1 si potrà aumentare o diminuire di qualche dB la parte alta della risposta, a vostro piacimento.

Io stesso mi riservo di fare qualche piccola modifica al crossover che, eventualmente, pubblicherò nella quarta puntata, dove ci sarà anche un set completo di misure dell’esemplare completo ed una prova di ascolto.

Nel grafico seguente troviamo il grafico dell’impedenza simulato con VituixCad.

L’unico punto un po’ critico è a poco meno di 4 kHz dove il modulo diventa di poco inferiore ai ohm.

La risposta in bassa frequenza

Ne approfitto comunque per mostrare qui anche la risposta in bassa frequenza del woofer montato in cassa.

Per la misura ho utilizzato la variante con il condotto lungo, quella che si accorda a 55 Hz, visto che ho intenzione di addossare le casse alla parete anteriore.

Nella figura sono visibili in viola la risposta del woofer, in azzurro quella della porta reflex ed in rosso la risposta complessiva. Ho fatto la rilevazione col metodo della doppia misura, woofer e porta, e successiva somma delle risposte. Per fare una misura corretta bisogna misurare il woofer ed il condotto separatamente, in nearfield, cioè con il microfono quasi attaccato al woofer e poi proprio all’imboccatura del condotto, e poi scalare opportunamente la risposta della porta.

Di quanto bisogna scalarla? La risposta, oltre su alcuni paper dell’AES (Audio Engineering Society), è riportata, in italiano, in un articolo pubblicato nel giugno 1993 su AUDIOreview da Mauro Bigi e Maurizio Jacchia, fondatori di Audiomatica e sviluppatori delle schede di misura Clio, tanto usate da audiofili e professionisti in tutto il mondo. L’articolo è Misura di risposta in frequenza di diffusori all’estremo basso in ambiente ed è scaricabile direttamente dal link.

In parole povere per sommare correttamente le emissioni del woofer e della porta la risposta di quest’ultima va scalata della quantità.

Dove D_p è il diametro della porta e D_s è il diametro dell’altoparlante.

Come si vede dal grafico la risposta è perfettamente in linea con quella simulata con BassDesigner nella seconda puntata.

A presto…