Woofer da 8”, 8 Ohm, 90 W della serie Prestige
Introduzione di Francesco Sorino
Nella serie di articoli “La scienza del subwoofer” è stato introdotto il concetto che, per ogni altoparlante, il parametro XMAX, stimato come semidifferenza tra la lunghezza della bobina e l’altezza del traferro (5° puntata), con eventuali fattori additivi, è certamente fondamentale per la conseguente stima dei limiti di funzionamento utile, dal punto di vista meccanico: la MIL e MOL (6° puntata). Ma è stato anche ben chiarito che questo semplice parametro, che indica QUANTO è il limite, andrebbe opportunamente completato dall’analisi di COME si arriva a quel limite, analisi che essenzialmente consiste nello studiare l’andamento della ineliminabile variazione dei parametri fondamentali al variare dell’escursione. Si sono portati gli esempi principali di tale analisi, limitata allo studio dell’andamento dell’elasticità (KMS=1/CMS ) del sistema oscillante (3° puntata) e del fattore di forza B∙l (4° puntata). Si è indicato come, per il contenimento della fastidiosa distorsione da armoniche dispari, l’ideale è avere parametri costanti all’interno di una zona di funzionamento sufficientemente ampia per gli scopi del componente, mentre per il contenimento delle armoniche pari sia necessaria una buona simmetria rispetto alla posizione di riposo della membrana.
Per tali raffinate analisi, lo strumento d’indagine eletto è il sistema di misura Klippel. Un sistema decisamente costoso, basato su tecnologie al laser, praticamente alla sola portata delle aziende produttrici.
Risulta così benvenuto un sistema molto più accessibile, il DATS LA della Dayton Audio, che promette di fornire informazioni simili a quelle offerte dal costoso sistema di riferimento. Il dispositivo hardware comprende un amplificatore da 100W, di qualità adeguata e, dalle informazioni che possiamo reperire, il sistema si basa sulla capacità di veloce calcolo di un ampio insieme di parametri, eseguito non solo a riposo ma anche con l’altoparlante eccitato da un segnale alternato a bassissima frequenza (circa 0,3 Hz), che determina un offset meccanico dinamico. Ripetendo le misure a più livelli della “portante” a bassa frequenza, tramite rapidi sweep di frequenza inseriti nelle sue creste, ed interpolando opportunamente i risultati, si ottengono quindi delle curve ricche delle informazioni desiderate e che rappresentano con immediatezza le caratteristiche di linearità, o non linearità, dell’altoparlante in esame.
Uno dei principali rivenditori italiani di altoparlanti e di componentistica per autocostruttori ha già messo le mani sul DATS LA, lo ha acquisito ed ha iniziato ad usarlo estesamente per completare con tali utilissime informazioni la documentazione di misura già offerta su uno sterminato catalogo di altoparlanti.
Lo abbiamo invitato a raccontarci in prima persona i risultati ottenuti, prendendo come esempio un pregiato componente scandinavo.
Il Seas CA22RNY è un woofer da 220 mm progettato per applicazioni hi-fi appartenente alla serie Prestige. Utilizza una membrana in carta trattata, con curvatura controllata, accoppiata a una sospensione in gomma a bassa perdita, soluzione che garantisce un buon compromesso tra smorzamento interno, rigidità e risposta ai transienti.
Il motore magnetico impiega un magnete in ferrite di grandi dimensioni e una bobina mobile da 39 mm avvolta su supporto in alluminio, che contribuisce alla dissipazione termica e alla riduzione della compressione dinamica. La geometria del traferro è ottimizzata per mantenere un fattore di forza Bl stabile, come vedremo più avanti, all’interno dell’escursione utile, migliorando il comportamento ai grandi segnali.
Il SEAS CA22RNY è un woofer che ho sempre considerato fra i più interessanti sulla piazza. Con la serie di test basata sul DAYTON AUDIO DATS LA, possiamo approfondire alcune analisi, verificando nel dettaglio le caratteristiche salienti di questo altoparlante.
Cerchiamo quindi di comprendere un po’ meglio cosa rappresentano i dati ricavati da questo set di prove, analizzando misura per misura le prestazioni del woofer norvegese.
Bl vs escursione
Figura 1: Bl vs escursione
B è l’intensità del campo magnetico, mentre l è la lunghezza del filo della bobina, immerso nel campo stesso. La misura, mostra come varia la forza che agisce sull’equipaggio mobile, durante il movimento nei due sensi rispetto al punto di riposo. Una curva piatta e simmetrica significa una forza forte e costante e, di conseguenza, una bassa distorsione.
Il Bl diminuisce con l’escursione perché parti più o meno ampie della bobina mobile escono dal traferro, la zona cioè dove il campo magnetico è più intenso.
La curva deve essere centrata e più piatta possibile, con il massimo valore di Bl che si mantiene costante almeno per alcuni millimetri. In questo modo si garantisce un buon controllo del movimento e una bassa distorsione. Oltre una certa soglia il Bl non deve crollare ma diminuire in modo graduale.
Forti asimmetrie o un plateau stretto mettono in risalto un centraggio non corretto e una corsa limitata.
Il CA22RNY presenta una prestazione da manuale, con una simmetria ottima, un plateau centrale molto ampio e un decadimento graduale. Possiamo concludere che il motore è efficiente e lineare.
CMS(x) vs escursione, KMS(x) Vs escursione
CMS (cedevolezza meccanica) e KMS (rigidità meccanica) mostrano come si comporta la sospensione durante il movimento in entrambi i versi. Le due grandezze sono l’una il reciproco dell’altra:
- CMS indica quanto si muove la membrana quando si applica una forza di 1 Newton.
- KMS indica quanta forza ci vuole per spostare la membrana di 1 mm.
I due parametri variano, perché le sospensioni (spider e bordo esterno) non sono molle ideali. Nel movimento di estensione e compressione entrano in gioco non linearità e isteresi. Avvicinandosi ai limiti meccanici le sospensioni si irrigidiscono bruscamente e le prestazioni crollano drasticamente. Un buon periodo di rodaggio può migliorare significativamente il comportamento e la simmetria di funzionamento delle sospensioni, a tutto vantaggio del contenimento della distorsione.
Anche in questo caso i buoni altoparlanti presentano curve “morbide” senza brusche variazioni. L’ideale è una curva simmetrica a campana, possibilmente piatta o poco profonda, ben centrata rispetto al punto zero di riposo e con variazioni limitate.
Il CA22RNY mostra una leggera asimmetria, che dovrebbe ridursi sensibilmente con un rodaggio più intenso rispetto a quello a cui ho sottoposto il woofer. Nell’utilizzo pratico, non a caso, ho notato un netto cambio di passo dopo qualche decina di ore di funzionamento. Il comportamento generale è comunque più che buono e testimonia una sospensione sana e ben progettata.
Le(x) vs escursione
Traccia la variazione dell’induttanza, misurata ad 1 KHz, in base alla posizione della bobina mobile.
L’induttanza dipende principalmente dal numero di spire (più spire, più Le), dalla geometria della bobina (diametro, altezza), dai materiali magnetici circostanti (piastra polare, piastra superiore) e dalle correnti parassite nelle parti metalliche.
La Le è soggetta a variare principalmente a causa dell’uscita dell’uscita della bobina dal traferro, ma anche per gli effetti combinati delle correnti parassite nel supporto bobina (se metallico) e zone di saturazione locale nel circuito magnetico.
È sempre auspicabile una variazione moderata della Le. L’eccessiva asimmetria causa il rapido aumento della distorsione di intermodulazione, con segnali a bassa e alta frequenza che interagiscono negativamente, causando un evidente degrado della qualità del suono soprattutto in gamma media.
Il CA22RNY sfoggia un risultato più che buono e sottolinea ancora una volta come il circuito magnetico sia stato progettato con cura. Posso supporre la presenza di un anello di corto circuito, non indicato nelle specifiche tecniche, soluzione che mira proprio alla moderazione delle variazioni di Le.
QTS(x) vs escursione
Identifica il comportamento delle perdite totali (meccaniche ed elettriche) durante lo spostamento dell’equipaggio mobile. Il QTS, o fattore di merito totale, definisce lo smorzamento del sistema alla sua risonanza. In sostanza mostra indirettamente quanto il sistema tende a oscillare liberamente. Un basso QTS (0.2 – 0.4) è indice di un sistema molto smorzato, mentre valori elevati (oltre 0.8) mostrano la tendenza a “suonare” anche dopo la cessazione dello stimolo iniziale.
Il QTS deriva da altre grandezze come CMS, Bl, Re (resistenza della bobina mobile), MMS (massa mobile), e abbiamo visto come alcune di esse siano tutt’altro che costanti. La loro instabilità si ripercuote dunque su questo importante parametro.
Non diversamente dai dati già considerati, l’ideale è avere un QTS che rimanga vicino al valore nominale, con curve centrate e simmetriche entro uno spostamento ragionevole.
Un QTS molto variabile determina un comportamento poco prevedibile dell’altoparlante a diversi livelli di potenza, con variazione di smorzamento e aumento della distorsione.
Nel CA22RNY la curva del Qts è leggermente asimmetrica, ma quasi piatta fino a 4-5 mm, per poi aumentare in modo graduale. La buona stabilità anche sotto carico sancisce un altro punto a favore per il woofer norvegese.
Escursione vs DC
Visualizza come varia lo spostamento dell’equipaggio mobile nei due versi, con diversi valori di tensione continua applicata.
È un parametro che riteniamo importante, perché mette in relazione la forza applicata alla membrana con la cedevolezza delle sospensioni, pone in risalto eventuali offset meccanici e aiuta a capire quanto si muoverà il cono nelle reali condizioni operative dell’altoparlante.
In sostanza, il grafico ci permette di valutare a quale livello di potenza l’altoparlante arriva a XMAX e intuire quanto i limiti meccanici possano influire sulle capacità dinamiche del trasduttore.
L’ideale è una linea retta con pendenza costante, passante per l’origine e simmetrica rispetto ad essa.
Una traccia poco lineare è dovuta alla variazione della cedevolezza e del Bl e, se asimmetrica, può generare una preferenza direzionale, che si traduce ancora una volta in distorsione.
Nel caso ci sia un offset rispetto all’origine (centro del grafico), significa che il centraggio è impreciso.
Il trasduttore nord-europeo esibisce un’altra prestazione al di sopra di ogni sospetto, con una curva che non mostra offset e segni di compressione precoce.
Sensibilità (SPL) vs escursione
Il grafico permette di valutare la costanza della risposta in frequenza al variare della potenza.
Dato che il Bl cambia con lo spostamento, anche il livello sonoro di riferimento per la risposta in frequenza non rimane perfettamente stabile. La misura rende bene l’idea di quanto possa influire la compressione dinamica per elevate elongazioni della membrana, con implicazioni piuttosto intuibili sul piano della pulizia nella riproduzione del suono.
Anche qui il CA22RNY dimostra di che pasta è fatto, sfoderando una simmetria quasi perfetta fino a escursioni piuttosto ampie. Risultato che la dice lunga sulle sue capacità dinamiche.
Le altre misure “tradizionali”
Il grafico della risposta in frequenza mostra un andamento lineare fino a circa 2 kHz, in asse. Le risposte fuori asse mostrano che il decadimento del livello comincia ad 800 Hz.
La curva del modulo dell’impedenza evidenzia una salita alle alte frequenze molto accentuata a causa dell’induttanza della bobina mobile. La piccola irregolarità tra 600 e 700 Hz non dipende dal set di misura ma è presente anche nel grafico dichiarato.
La distorsione armonica totale (THD) è contenuta su tutta la banda audio, non superando mai il 5% (quella misurata al ragguardevole livello di 102 dB, con un incremento fisiologico solo alle basse frequenze dove non supera mai il 6% (quella misurata a 90 dB), mentre quella rilevata con un livello di uscita di 96 dB è sensibilmente più alta ma solo all’inizio della prima ottava
Lo scarto tra i parametri dichiarati e quelli misurati nel nostro laboratorio è contenuto. La frequenza di risonanza è piuttosto bassa, ed il Qts pari a 0,3 rende questo altoparlante adatto ad un montaggio in bass-reflex, aspettandoci di avere una frequenza di accordo un po’ più alta della Fs ed un volume piuttosto importante.
Sintesi finale
Per quanto riguarda i test di questo tipo, si può affermare che gli altoparlanti migliori siano quelli che presentano curve ampie, ben simmetriche e il più possibile costanti. Le condizioni di funzionamento non lineari determinano distorsioni di vario ordine e di intermodulazione, che ovviamente degradano le prestazioni complessive del trasduttore.
Il CA22RNY esce dalla prova a testa alta:
- motore lineare e sospensioni adeguate che richiedono un po’ di rodaggio
- induttanza ben controllata e QTS stabile.
- ottima efficienza e bassa compressione dinamica
Woofer di classe sopraffina che conferma, dati alla mano, tutte le qualità che gli permettono di occupare un posto d’onore fra le migliori scelte possibili.
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