I manuali di Alberto Bellino

6° Lezione i Bass Reflex a condotto

 Di cosa si tratta

Lezione sui Bass Reflex 2

Chi lo ha costruito

Alberto Bellino

Mia presentazione

Alberto continua a donarci  questi interessanti manuali , sicuramente utilissimi  per comprendere meglio il funzionamento di una cassa acustica.

SISTEMI DI CARICO PER ALTOPARLANTI – Di Alberto Bellino - 2004

Continuiamo con la trattazione dei famosissimi sistemi bass-reflex.

Dopo aver visto un progetto di diffusore bass reflex a semplice apertura, vediamo ora la progettazione del bass reflex a condotto.

I diffusori bass reflex con condotto di accordo sono quelli maggiormente diffusi, soprattutto in campo commerciale hanno conosciuto una diffusione a tutti i livelli. La loro relativa semplicità costruttiva e le prestazioni globali che un progetto ben accordato è capace di conseguire, ne hanno fatto il principale sistema di carico oggi impiegato.

Per questo sistema acustico, ho moltiplicato per due gli sforzi progettuali, nel senso che vi offrirò due progetti di diffusori, uno piuttosto grande ed impegnativo, l’altro molto semplice, che si rivolge principalmente ai neofiti del “do it yourself”.

Partiamo col progetto numero 1.

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Si tratta di una riedizione delle famose Chario Academy 3, testate nel lontano 1994, un diffusore grande e costoso, molto impegnativo.

Io mi sono solamente ispirato al progetto, proponendo un diffusore più piccolo e più economico, ma concettualmente simile al Chario, con lo stesso sistema di carico e la stessa tipologia di trasduttori.

Nonostante il progetto sia un poco più costoso ed impegnativo di quelli che normalmente vi offro come standard, anche questo risponde alle mie linee guida che identificano quelle che, secondo me sono le caratteristiche che un progetto di diffusore per autocostruzione dovrebbe possedere, ovvero impegno economico di realizzazione mai eccessivo, sempre inferiore ad un diffusore commerciale di pari livello, assemblaggio alla portata di tutti ed estetica e dimensioni adatte per un normale ambiente di ascolto domestico.

Vediamo le caratteristiche del diffusore originale Chario:

-         Numero vie quattro : due woofer da 250mm in push-pull parallelo, due midwoofer da 130mm, un midrange da 130mm e un tweeter da 29mm a cupola morbida.

-         Impedenza 4 ohm nominali, minimo 2 ohm a 7 KHz

-         Risposta in frequenza 25 – 20000 Hz

-         Frequenze di incrocio dei trasduttori : 250, 1000, 1300 e 1900 Hz

-         Potenza consigliata 250 W

-         Sensibilità 88 dB 1W 1m

-         Prezzo: 13.950.000 nel 1994 ( circa 7.200 euro )

Vediamo ora le caratteristiche del nostro progetto :

-         Numero vie quattro : due woofer da 200mm in push-pull serie, due midwoofer da 130mm, un midrange da 130mm e un tweeter da 19mm a cupola in poliammide

-         Impedenza nominale 8 ohm, minimo approssimativo 6 ohm

-         Risposta in frequenza 30 – 20000 Hz

-         Frequenze di incrocio dei trasduttori : 200, 1000, 3000 Hz

-         Potenza consigliata : da 15 a 100W

-         Sensibilità 88 dB 1W 1m

-         Prezzo di realizzo : inferiore ai 1.000 euro ( presunto )

Il gruppo dei due woofer da otto pollici lavora alla base del diffusore, col secondo appeso al fondo del diffusore. Un distanziale di MDF opportunamente aperto ai lati lo distanzia e lo fa emettere direttamente verso il pavimento, su un angolo solido di 2pigreco steradianti, ovvero l’emissione delle basse frequenze  viene rinforzata di 3 dB circa in ambiente. Il woofer interno lavora in un volume reflex di 35 litri, con il condotto che emette anteriormente.

Nelle Chario Academy il gruppo dei due woofer era da 250mm e il condotto posto anch’esso sul fondo, i due woofer erano in parallelo per una impedenza dimezzata. Nel nostro diffusore, i woofer lavorano in serie per una impedenza complessiva di 8 ohm e una resistenza che sfiora i 10 ohm, un carico più semplice per l’amplificatore, inoltre i trasduttori sono dei più modesti 200 mm per ridurre le dimensioni del box.

I due midwoofer sono anche essi in serie e lavorano in un esuberante volume chiuso, riempito di assorbente acrilico, efficace in gamma media, visto che la gamma bassa viene  eliminata dal filtro crossover. Il midrange possiede un proprio volume di carico indipendente.

In pratica, il box è diviso in due soli subvolumi, uno per i woofer e l’altro che alloggia tutti gli altri trasduttori.

I trasduttori scelti sono tutti fabbricati dalla Ciare. I woofer sono il modello CW202, trasduttori molto equilibrati dal punto di vista dei TSP, adatti ad allineamenti C4, con un “punch” notevole. Ottima membrana in cellulosa e buona escursione lineare, sospensione robusta, buona linearità nella gamma di funzionamento a “pistone rigido”.

I midwoofer sono il modello CW 130Z, trasduttore molto economico ma adatto per l’uso che ne vogliamo fare. Filtrato a circa 200Hz garantisce un’ottima tenuta in potenza e la linearità è buona in un ampio range di frequenze.

Il midrange è un classico HM130, trasduttore in listino da molti anni, supercollaudato, molto efficiente e lineare, con la comodità di un suo volume di carico.

Visto che il mid emette fino ad oltre 3 KHz, si è scelto un tweeter dalla cupola di modeste dimensioni e non troppo sensibile, il modello  HT200, adatto ad essere incrociato a frequenze leggermente superiori a quelle solite che siamo abituati a vedere con i “cupoloni”da 26 o 32 mm.

Vediamo insieme le caratteristiche dei woofer, singolo, in configurazione push-pull serie e con i TSP definitivi considerando la resistenza della bobina di filtro del passabasso da 1,2 ohm. La tabella necessaria per ricavare i TSP a seconda della configurazione e del numero di trasduttori utilizzati, si trova a pag. 88 del mio testo, mentre per la variazione dei TSP causata dalla resistenza in c.c. della bobina di filtro, occorre fare riferimento alle formule e alla spiegazione di pag.87.

Facciamo la stessa cosa con i due midwoofer CW130Z, affiancati in serie, con una bobina di filtro in serie da 0,9 ohm :

Naturalmente i TSP dei midwoofer servono a poco poiché i trasduttori sono filtrati a 200Hz, utile invece sapere l’efficienza e il modulo dell’impedenza.

A proposito di efficienza : relativamente ai due woofer, il programma calcola l’efficienza del gruppo su quattro pigreco steradianti, ovvero in campo libero, poco più di 86 dB, mentre il reale livello in ambiente sarà maggiorato di circa tre dB, dato il particolare posizionamento dei woofer, per cui si dovrà ritenersi utile un valore di efficienza di circa 89 dB nella gamma di funzionamento dei woofer, da 30 Hz a 200 Hz.

Passiamo al calcolo del volume di carico reflex per i woofer.

Visto il fattore di merito piuttosto alto, si rende necessario l’impiego dell’allineamento Altec denominato “Extended bass” l’unico in grado di accordare al meglio altoparlanti “difficili” quali sono quelli a Q relativamente elevato.

Andiamo a pagina 38 del mio testo : utilizziamo le formule di dimensionamento dell’extended bass e troviamo :

alfa = 1 / ( 7,95 x Qts^2,21 )       alfa = 1 / ( 7,95 x 0,18 ) = 0,69

Vb = Vas / alfa         Vb = 24 / 0,69 = 35 litri

Fb = Fs x 0,471 x Qts^-0677       Fb = 40 x 0,471 x 1,69 = 32 Hz

F3 = Fb / 1,5 x Qts^0,44         F3 = 32 / 1,5 x 0,71 = 30 Hz

Con l’aiuto del mio software EUR.E.S. vediamo insieme gli altri dati :

Vi ricordo che, con l’ausilio del mio testo potete calcolare tutti i parametri che vedete visualizzati nella schermata del mio software, il quale contiene proprio le formule presenti nel testo.

Come possiamo notare, la risposta in bassa frequenza, nonostante il grafico la calcoli per 4 pigreco steradianti, ovvero in uno spazio aperto, senza il rinforzo di 3 dB fornito dall’immagine speculare del pavimento, è estremamente estesa e con un roll-off veramente contenuto da 35 a 100 Hz. Si può dire che, in ambiente, il diffusore possiederà una gamma bassa sicuramente potente e molto profonda ma priva di particolari enfasi a determinate frequenze.

L’escursione si mantiene molto bassa, il coefficiente S ha il canonico valore di 5,7 relativo ad un sistema massimamente piatto, e a 30 Hz il sistema sarà capace di erogare oltre 95 dB senza distorcere.

Passiamo al condotto di accordo.

Il diametro minimo consigliato per non causare soffi o rumorosità, applicando la formula di pagina 39, risulta di 56 mm, quindi noi andremo a scegliere un diametro almeno superiore a questo. La Ciare fornisce già pronto il condotto YAC411, del diametro di 60mm e lunghezza 185 mm, a sezione leggermente crescente. Nonostante la lunghezza del condotto sia leggermente inferiore a quella richiesta dal programma, la variazione di Fb risulta variare di solo 1 Hz, per cui possiamo utilizzare il condotto indicato senza grossi problemi.

La coppia di midwoofer CH130Z viene filtrata dal crossover a 200Hz, per cui, simulare il loro comportamento in bassa frequenza nel loro volume di carico risulta inutile. Molto meglio preoccuparci che il loro livello sia equiparabile al resto della gamma e che la loro fase sia corretta.

Comunque, se si eliminasse il passa alto relativo ai midwoofer, il sistema si potrebbe liquidare come un baffle infinito ad allinamento QC2 ( quasi Cebyschev del secondo ordine ).

Veniamo ora alla costruzione del mobile.

Per lo schema di montaggio, non ho considerato lo spessore del legno, che potrà essere scelto a piacere, consiglio comunque il solito MDF da 19mm di spessore. Non ho previsto fresature sul frontale per l’incasso delle flange dei trasduttori, ma un più semplice montaggio “a copechio”.

Il volume del reflex andrà rivestito con assorbente poliuretano, bugnato o liscio di almeno 2 cm di spessore, sui lati liberi, facendo attenzione a fissarlo bene alle pareti, con colla o punti metallici, altrimenti esso, col tempo, potrebbe cadere sul woofer interno andando a toccare la membrana.

Il volume chiuso dei midwoofer sarà invece completamente riempito di assorbente acrilico o Dacron, senza comprimerlo.

Nel setto interno di divisione dei due subvolumi andrà previsto almeno un foro per fare passare i fili delle connessioni degli altoparlanti, poi esso dovrà essere chiuso con colla termofusibile o mastice, garantendo la tenuta d’aria tra i due subvolumi. Il filtro crossover potrà essere posto a piacere, indifferentemente in uno o l’altro dei due subvolumi.

Gli sfiati del woofer inferiore sono laterali, mentre sul frontale e sul retro sono previsti due pannelli di MDF che fungono anche da piedi e da distanziali.

Per l’assemblaggio, consiglio vivamente di prevedere la parte inferiore smontabile, poiché il montaggio del woofer interno potrebbe risultare alquanto complesso.

Consiglio di montare da parte il piede, con su già entrambi gli altoparlanti e poi, fissare il tutto al resto del mobile, ponendo una guarnizione bituminosa tra il legno per garantire la tenuta d’aria e fissare le due parti con viti autofilettanti da legno, di modo che, le due parti si possano facilmente disunire se si rendesse necessario l’apertura per accedere al woofer interno.

Il disegno sotto rende bene l’idea :

Bene, passiamo ora al  crossover necessario. Generalmente, non presento anche il filtro dei miei progetti, perché i filtri di frequenza non fanno parte della trattazione del mio testo.

Visto comunque il valore intrinseco del progetto, ho voluto lo stesso proporre una tipologia di filtro, per rendere subito disponibile l’intero materiale relativo alla realizzazione pratica del diffusore da parte di qualche volenteroso sperimentatore.

Sottolineo che, per semplificare la realizzazione, tutti i componenti del filtro sono quelli disponibili a catalogo Ciare, solo alcune bobine dovranno essere acquistate del valore commerciale immediatamente superiore e sbobinate fino a raggiungere il valore di induttanza richiesto.

Bene, ci sono ora tutte le premesse per la realizzazione di un diffusore da pavimento di medie dimensioni e notevoli prestazioni acustiche. La sensibilità non sarà altissima, circa 88 dB con un watt, per cui si richiede un pilotaggio con amplificatori di almeno una ventina di watt.

Passiamo al progetto numero 2

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Si tratta di un diffusore “bookshelf” o da libreria ( meglio su piedistallo! ) estremamente classico nelle forme e nelle linee, semplice da costruire, adatto per una prima “volta” da parte di un appassionato autocostruttore.

Ho tenuto conto, nella progettazione di tale diffusore, di mantenere il prezzo di realizzo più basso possibile e la massima semplicità di assemblaggio.

Queste premesse non devono trarre in inganno i lettori : il diffusore è stato pensato tenendo conto dell’esperienza acquisita finora sui sistemi reflex e di quanto essi possano essere efficaci e dimostrino un eccezionale rapporto prezzo-qualità sonora se accuratamente progettati.

Il diffusore deve potersela cavare con tutti i generi musicali. Questo vuole dire gamma bassa sufficientemente profonda e potente, gamma media neutra e gamma alta presente ma non affaticante. Insomma un diffusore “universale”, versatile e SICURO, in grado di soddisfare qualsiasi utente e  che si dimostri un fedele compagno di ascolti per molti anni.

Scontata la realizzazione di un sistema a due vie, per ottenere un diffusore da libreria, perciò piuttosto piccolo ma che possieda un buon impatto sulle basse frequenze, è necessario l’impiego di un woofer da 6,5”.

Scorrendo il catalogo Ciare troviamo un componente dal prezzo straordinariamente contenuto e ottime caratteristiche globali : il modello HW159, dalla rassicurante impedenza di otto ohm.

Compagno ideale del midwoofer scelto è il tweeter HT159, anche esso un componente dal prezzo molto contenuto, un classico “softdome” di seta da 25 mm.

Anche per questo progetto, proporrò un semplice filtro crossover, anche esso ampiamente collaudato e derivato da un diffusore commerciale e da uno per autocostruzione che ha riscosso un incredibile successo. Come i trasduttori, anche per la realizzazione del filtro si è badato ad ottenere le massime prestazioni con il minimo impegno economico e straordinaria semplicità di assemblaggio.

Vediamo le caratteristiche del midwoofer HW159.

La risonanza non è bassissima per un 17 cm, così il fattore di merito è piuttosto elevato, 0,49 senza tenere conto di eventuali resistenze aggiuntive che ne elevano ulteriormente il valore.

Dato assolutamente rimarchevole per la classe e le dimensioni del trasduttore è l’escursione lineare massima consentita, ben 4,5 mm, che permette di realizzare anche un sistema in sospensione pneumatica senza grossi patemi d’animo per eventuali distorsioni da “fondo corsa” dell’equipaggio mobile.

Un woofer del genere ci consiglia di essere accordato in un volume eccedente il Vas ed a una frequenza di accordo canonicamente inferiore a quella di risonanza.

Si renderebbe necessario un allineamento Extended Bass, ma il volume di carico richiesto, ben 37 litri risulta eccessivo per un diffusore da libreria equipaggiato con un midwoofer da 17 cm, per cui possiamo ricorrere ad un classico C4, considerando di ottenere una riposta caratterizzata da un leggero ripple positivo centrato ad una frequenza superiore a quella dell’accordo e da un minore smorzamento del movimento del diaframma.

L’allineamento C4 e le sue caratteristiche sono contemplate a pag. 37 del mo testo :

Alfa = 1,05 quindi Vb = Vas / alfa        Vb = 19,4 / 1,05 = 18,5 litri

Fb = Fs x 0,94          Fb = 53 x 0,94 = 50 Hz

F3 = Fs x 0,87          F3 = 53 x 0,87 = 46 Hz (non male per un bookshelf! )

Par pari a circa 99 dB con poco più di 11 W in ingresso, per un escursione max di 0,3 mm.

Il ripple positivo è centrato a circa 90 Hz per un incremento della risposta di circa 2,5 dB, un dato tutto sommato anche piacevole poiché dona un poco di spessore alla riproduzione delle basse frequenze anche in un diffusore di litraggio contenuto, una sorta di minimo effetto “loudness”, utile per posizionamenti sulle mensole della libreria o comunque lontano dalle pareti.

E’ chiaro che il diffusore bene si presta ad essere impiegato con finali a stato solido o con amplificatori valvolari push-pull o con stadio finale a pentodo, mentre potrebbe soffrire di un certo sottosmorzamento se collegato con amplificatori monotriodo con qualche ohm di resistenza interna del generatore. Diciamo che il classico integrato a transistor o mosfet, commerciale od autocostruito da una ventina di watt in su di potenza erogata può essere la migliore soluzione.

Vediamo la paginata dei dati e la simulazione della risposta in campo libero con il solito EUR.E.S:

Per il condotto di accordo, visto i dati forniti, si è scelto, come per il progetto precedente il modello Ciare YAC411, che andremo a tagliare per ottenere la lunghezza utile di 144 mm.

Veniamo ora alle dimensioni e ai rapporti dimensionali del box. Per diminuire al massimo le risonanze interne ho scelto di utilizzare i rapporti dimensionali indicati da THIELE, che prevedono la realizzazione di un box poco sviluppato in profondità e con un baffle piuttosto largo, uno stile abbastanza “retrò” che ricordo i diffusori anni 70-80.

La posizione dei trasduttori è classica con il woofer nella mezzeria del box e il tweeter posto subito sopra, il condotto di accordo è posto frontalmente, sotto al woofer.

Il materiale scelto per realizzare il box è il truciolato da 19 mm, ma con una modica spesa in più si può realizzare di MFD di pari spessore. Lasciate perdere le fresature per l’incasso dei trasduttori e altri accessori tipo punte, carbon block eccc…. Questo diffusore è ispirato alla semplicità e al risparmio. Alcuni accessori potrebbero costare più dei diffusori stessi. Al massimo, si può prevedere una “spalmata” di antirombo catramoso all’interno del box. Come piedini vanno bene i feltrini per le gambe delle sedie o i fermaporta in gomma.

L’assorbente, posto su tutte le pareti tranne quella frontale potrà essere la “solita” gommapiuma o poliuretano da 2 cm di spessore, acquistabile anche nei bricocenter al prezzo di qualche euro per mezzo metro quadrato. Anche per i morsetti di collegamento prevedete una semplice vaschetta plastica e il monowiring.

Vediamo ora lo schema di montaggio del box :

Come potete vedere, il box è estremamente semplice da assemblare.

Vediamo ora il filtro crossover.

Esso è un filtro in tipologia serie, in grado di “legare” molto l’emissione dei due trasduttori, a tutto vantaggio della coerenza di emissione. La frequenza di incrocio è di circa 3 KHz. Il tutto si compone di soli tre elementi reattivi :

Un filtro semplicissimo ma in grado di attuare una pendenza ben maggiore di quanto i soli tre elementi costitutivi farebbero supporre.

Concludo, informandovi che questi diffusori non sono stati fisicamente realizzati ma solamente progettati per offrire un esempio applicativo della routine di calcolo e delle informazioni contenute nel testo relativamente al capitolo sui sistemi in bass reflex, ma ciò non preclude la sua realizzazione pratica da parte di qualche volenteroso che ne volesse saggiare direttamente le potenzialità che un simile diffusore potrebbe esprimere.

Buon lavoro da Alberto.  audiojam@libero.it

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