I manuali di Alberto Bellino

8° Lezione ancora sistemi chiusi particolari

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SISTEMI DI CARICO PER ALTOPARLANTI – Di Alberto Bellino - 2004

APPLICAZIONE PRATICA N° 8

Applicazione della routine di calcolo riguardante il capitolo “Sistemi chiusi particolari ” (pag. 29-31 ):

Il Confidence5.

Il sistema di caricamento scelto per le basse frequenze è il carico isobarico. Tutta la descrizione di tale tipologia di carico la potete trovare nel mio testo a pag.29 e 30. Come al solito, vi consiglio, prima di iniziare qualsiasi progetto, di leggere attentamente quanto riportato nel capitolo indicato.

Il Dynaudio Confidence montava un woofer interno da 17 cm e uno esterno da 21 cm. Le gamme media ed alta erano affidate a trasduttori a cupola di generose dimensioni. L’ingombro esterno era notevole ( cm 21x120x37,5 LxHxP ), la risposta andava da 47 a 21000 Hz e la sensibilità era “bassina”, intorno agli 83 dB. L’impedenza era pari a quattro ohm nominali e la potenza applicabile era di ben 250W. Il tutto in 41 Kg di mobile finemente impiallaciato in legno naturale.

Il prezzo ( listino anno 2000 dall’Annuario del suono ) era di tutto rispetto e non per tutte le tasche : 22.000.000 di lire pari ad euro 11.362.

Vediamo come si può autocostruire un diffusore del genere e mantenere bassi i costi ed alta la qualità della realizzazione.

Innanzitutto, per ottenere una gamma bassa corposa da un diffusore chiuso, bisogna scegliere il trasduttore adatto, piuttosto cedevole, con bassa Fs e con un Qts tale da poter ottenere il Qtc desiderato nel volume di carico scelto. Anche l’escursione dovrebbe essere la più generosa possibile, visto che in un box chiuso, si richiedono ampi movimenti della membrana per riprodurre le frequenze più gravi.

Volendo scegliere un trasduttore da 8 pollici come nel Confidence 5, possiamo trovare nel modello Ciare HW211 ottime caratteristiche globali. Vediamole insieme.

Il trasduttore è stato studiato dai tecnici Ciare per essere posto a lavorare in box chiuso. La risonanza è piuttosto bassa , il Vas piuttosto elevato, l’escursione è vicina agli 8 mm lineari e il Q piuttosto elevato, adatto per allineamenti Cebyshev , con Q pari ad 1 o anche superiore.

L’EBP (Fs/Qes) è bassa per cui il trasduttore ha bisogno di una molla d’aria supplementare per esprimersi al meglio. Anche la sensibilità e l’efficienza saranno piuttosto basse.

Vediamo ora i TSP numerici, singolo ed in configurazione, tenendo conto di una resistenza Rg serie ( bobina di crossover del passabasso e cavi ) pari a 0,6 ohm:

Ovviamente, dai valori salta all’occhio che i due woofer sono connessi in parallelo e che il Vas si è dimezzato, col vantaggio di poter realizzare un diffusore dal volume minore di quello richiesto dal trasduttore singolo.

Nel carico isobarico troviamo un subvolume nel quale lavorano in fase i due woofer. Nel subvolume non vi è pressione d’aria poiché quando il woofer esterno si sposta in avanti ed espande l’aria contenuta nel subvolume, il woofer interno si sposta anch’esso in avanti e la comprime in eguale misura. E’ comunque sempre consigliabile ridurre al massimo le dimensioni del subvolume per diminuire il carico di aria messo in moto dalle due membrane e per non sottrarre volume utile interno al diffusore. Per fare ciò si rende necessario conoscere gli ingombri esterni dei trasduttori impiegati. La maniera più utile di procedere è fissare la adeguata sezione frontale del diffusore in base alle misure fisiche di allocazione dei woofer, poi si procede a dimensionare il subvolume interno tenendo conto dello spessore del legno utilizzato. Successivamente si ricaverà con le formule al tempo viste per la cassa chiusa l’adeguato volume interno del diffusore.

Come potete osservare, abbiamo ottenuto il subvolume nel quale lavorano affacciati i due HW211. Nel subvolume, di circa 6 litri, non va messo assorbente acustico e dovrà essere praticato un foro per il passaggio dei cavi, debitamente sigillato con colla termofusibile o mastice da legno.

Passiamo ora alla volumetria interna necessaria del box. L’HW211 ha un Qts piuttosto alto, per cui sarebbe impossibile ottenere da un diffusore di dimensioni equiparabili al Confidence, un allineamento Butterworth, per cui dobbiamo giocoforza utilizzare allineamenti più ripidi, tipo Cebyshev.

Partiamo dal diffusore a cui ci inspiriamo, il Confidence. L’altezza del Confidence, compresa di piede di appoggio era di 120 cm. Volendo utilizzare anche per il nostro diffusore tale misura, dobbiamo togliere 4 cm del piede e ancora 4 cm di spessore del legno, ottenendo una dimensione interna utile del box di 112 cm che, moltiplicate per la sezione frontale interna e la profondità interna scelte danno come volumetria interna del box : mm 1120x212x282 = 67 litri di box, a cui dobbiamo sottrarre l’ingombro del subvolume, del gruppo magnetico del woofer interno, del crossover e dei cavi, il tutto fa circa 7 litri, 6 di subvolume ed uno del resto. Risultato utile : 60 litri netti. Ora a questi 60 litri dobbiamo sommare l’aumento di volume virtuale dato da un riempimento totale di assorbente acustico tipo poliuretano espanso o Dacron. Per i diffusori ermetici, si può ancora utilizzare anche la lana di vetro, facendo molta attenzione a non toccarla mai con le mani nude ma solo con guanti spessi.

Un riempimento totale porta ad un aumento del volume di circa il 30% nella maggioranza dei casi. In realtà, per una misura più precisa si dovrebbe tenere conto della densità dell’assorbente utilizzato ma, in un diffusore chiuso e di tali dimensioni, qualche litro in più o in meno rispetto al calcolo teorico porterebbe solo a qualche minima variazione di Qtc e di Fc, per cui una certa tolleranza è accettabile.

La presenza dell’assorbente fa si che il volume visto dalla coppia di trasduttori sia di 60 litri più il 30 percento : 78 litri utili per le prestazioni del diffusore in bassa frequenza.

Utilizziamo ora la comodissima tabella di pag. 25 per il calcolo rapido dei parametri delle casse chiuse. Calcoliamoci il fattore alfa, detto anche fattore di permissibilità acustica :

Alfa = Vas / Vab      quindi Alfa = 33,9 / 78 = 0,434

Ci troviamo di fronte ad un diffusore in baffle infinito, essendo il rapporto alfa minore dell’unità. Ora calcoliamoci gli altri parametri :

Qmc = 3,31 x 1,20 = 3,97

Qec = 1 x 1,20 = 1,20

Qtc = 0,77 x 1,20 = 0,924

Fc = 33 x 1,20 = 39,6 Hz

Ora calcoliamoci la F3 del sistema con la formula di pag.25 che, per semplicità ometto di scriverla : F3 = 32,4 Hz (!)

Siccome il Qtc è superiore a 0,707 ( Butterworth ) si avrà una certa quantità di ripple. Nel nostro caso, applicando le formule del testo troviamo un modesto 0,8 dB a 62 Hz, assolutamente insignificante. Di seguito la simulazione della risposta in bassa frequenza del diffusore :

Non male vero ? Le basse frequenza si estendono utilmente fino ai 30 Hz e con un ripple insignificante. E’ la dimostrazione che anche allineamenti maggiormente ripidi rispetto al Butterworth possono lo stesso esibire soddisfacenti doti di linearità, con in più una maggiore capacità di generare potenza acustica, grazie al fattore Kp maggiore ( costante specifica di potenza, vedere pag. 9 ).

Vediamo ora il “tallone di Achille” dei diffusori chiusi, l’escursione massima del cono :

Vediamo come il diffusore superi l’escursione lineare massima consentita solo per frequenze inferiori ai 25 Hz, un male da poco se si considera la quantità del messaggio sonoro a tali frequenze.

Comunque, per i più esigenti, è possibile porre prima dei soliti filtri passabasso, passabanda e passaalto, una cella passaalto del genere filtro subsonico, come quella impiegata sul diffusore teutonico Canton Ergo 71 DC, accordata a 25 Hz, che garantirebbe una maggiore tenuta in potenza del diffusore a scapito di una pur minima diminuzione delle prestazioni sonore globali.

In ogni caso, a meno di utilizzare il diffusore spesso alla sua massima potenza sopportabile, sconsiglio l’utilizzo di tale cella, non è troppo “igienico” da un punto di vista sonoro, fare passare l’intero messaggio musicale attraverso grandi condensatori elettrolitici polarizzati.

Passiamo ora ad occuparci della gamma media e alta.

Come per il Confidence, utilizzeremo un midrange a cupola. Nel catalogo Ciare troviamo l’ottimo CM500, con una cupola da 50mm e una impedenza di quattro ohm nominali, adatta alla configurazione dei woofer adottata.

Il CM500 ha una sensibilità di 90 dB, per cui si renderà necessario attenuarlo di alcuni dB per allinearlo alla gamma bassa. La sua risonanza a 550 Hz genera un picco piuttosto pronunciato e piuttosto esteso in frequenza, per cui si renderà necessario eliminarlo con una cella R-L-C serie posta in parallelo al componente.

Per le alte frequenze, utilizzeremo il modello di tweeter Ciare CT266, dotato di camera posteriore di smorzamento del picco d’impedenza e conseguente frequenza di risonanza assai bassa e risposta lineare in frequenza.

La configurazione scelta per il posizionamento dei trasduttori sul baffle frontale e quella W-M-T, cioè a geometria di altoparlanti invertita, come per il Confidence.

Bene, non ci resta che vedere il filtro crossover da adottare. Ve ne propongo uno da me studiato, dove è possibile utilizzare oppure omettere la cella subsonica,  a vostro piacimento, gli incroci sono tutti del secondo ordine elettrico, a 700 e 3500 Hz :

Il filtro è piuttosto complesso, ma è studiato per fare lavorare al meglio i trasduttori impiegati. La cella opzionale comprende il filtro passaalto subsonico a 25 Hz e l’inevitabile cella R-L-C per “spianare” il picco di risonanza del sistema, poiché la cella passaalto, per essere efficace e precisa nel suo intervento, deve vedere un carico resistivo, mentre, senza la cella RLC essa si troverebbe a lavorare in prossimità del picco di risonanza del sistema, quindi su di un carico fortemente reattivo.

Buon lavoro da Alberto.     audiojam@libero.it

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