I filtri di Alberto

 Di cosa si tratta

Costruzione filtro

 Produttore

Alberto Bellino

TUTTO QUELLO CHE DOVRESTE SAPERE SUI CROSSOVER COMMERCIALI  E CHE NESSUNO VI HA MAI DETTO….

Di Alberto Bellino – 2011 – Studio Elettroacustica AUDIOJAM2

Personalmente ritengo questo articolo come uno di quelli più importanti e basilari tra tutti quelli che ho finora scritto. Questa volta non troverete progetti di diffusori, upgrading di vecchie casse o pagine di teoria elettroacustica ma solamente una semplice dimostrazione di ciò che vado da anni dicendo a proposito dei filtri crossover, ovvero che ogni diffusore acustico ha bisogno del suo filtro specifico e che i filtri crossover commerciali rappresentano sempre e comunque un grande compromesso e un collo di bottiglia nell’espressione del diffusore acustico.

Ancora oggi devo constatare che troppi appassionati mi chiedono di realizzare per i loro progetti, dei crossover “ a distanza” ovvero senza avere il diffusore nel mio laboratorio e sotto le amorevoli cure della fidata scheda CLIO.

 Ancora oggi mi vedo portare nel mio piccolo laboratorio diffusori da migliorare i quali montano filtri crossover generici, non finalizzati agli altoparlanti ad essi collegati.

Se date un’occhiata al mio modesto sito (http://www.audiojam2.com/pagina_5_5.html ) potete leggere i miei “10 comandamenti” a proposito dei filtri crossover, credo che nulla in merito di più esaustivo  sia mai stato scritto a proposito dell’argomento.

Ho comunque voluto verificare ed esporvi quanto finora detto mediante un semplice test. Ho preso una coppia di altoparlanti di eccellente qualità, li ho montati in un cabinet di prova e ho poi semplicemente replicato tre schemi di filtri crossover commerciali, i quali visto la diffusione delle aziende costruttrici di tali filtri, essi sarebbero probabilmente oggetti molto “papabili” per  tutti quelli che costruiscono o replicano diffusori e poi utilizzano appunto filtri generici.

Sia ben chiaro fin da subito che questo test non verte sulla qualità o caratteristiche dei filtri utilizzati, benché meno sulla qualità degli altoparlanti impiegati,  I crossover presi in considerazione  sicuramente sono ottimi prodotti e offrirebbero prestazioni ben migliori se accoppiati con i driver indicati dalle aziende costruttrici. Questo test serve a dimostrare come anche un sistema acustico facente uso di altoparlanti di estrema qualità e caricati acusticamente in maniera corretta, possa fornire poi risultati molto inferiori a quanto ci si potrebbe aspettare se il filtro crossover impiegato non è quello perfettamente calibrato per il sistema acustico.

Il box di prova è stato realizzato in MDF da 19 e 25mm di spessore, si tratta di una cassa bass reflex da 12 litri di volume interno, condotto posteriore, costruzione robusta, setto di irrigidimento interno e coibentazione con poliuretano bugnato e una piccola dose di antirombo interna, in pratica una versione da laboratorio di un ottimo sistema bookshelf il quale potrebbe essere il punto di arrivo di molti autocostruttori anche piuttosto esperti.

Il midwoofer impiegato è l’ottimo SEAS ER18 RNX, midwoofer da 180mm dal cono in carta di papiro, costruzione raffinata e solida, ottime doti musicali e parametri “facili” per diverse tipologie di carico acustico. Il tweeter utilizzato è l’ottimo SEAS 27TBC/G, dalla cupola rigida in alluminio-magnesio e dalla bassa frequenza di risonanza.

Come accade nella stragrande maggioranza dei casi il tweeter ha una efficienza superiore al midwoofer per cui sarebbe necessaria una resistenza di attenuazione posta prima della rete di filtro del tweeter stesso. Nel caso dei primi due modelli di filtro testati, nessuna resistenza è stata inserita dato che non viene prevista la possibilità di attenuare il driver della gamma acuta, cosa che invece è possibile nel terzo filtro testato.

I crossover non sono fisicamente quelli originali ma sono stati fedelmente replicati nei valori dei componenti e nella loro disposizione, i componenti sono stati tutti saldati tra loro in aria con un assemblaggio ovviamente piuttosto provvisorio ma solido, appoggiati su di una tavoletta spessa di MDF, la componentistica utilizzata può differire da quella originale tranne che per i valori dei singoli componenti per cui sicuramente l’impiego del filtro originale avrebbe dato risultati leggermente superiori, quindi evito di commentare approfonditamente il risultato di ascolto ma solamente di dare qualche indicazione generica rilevabile dalle curve di misurazione.

Le misure sono state effettuate nel mio piccolo laboratorio privato,  circa 18 metri quadrati, pavimento e muri perimetrali non trattati, soffitto trattato, microfono della Clio a un metro, livello arbitrario, microfono puntato nel centro acustico del diffusore, cabinet su stand da 75 cm posto circa a centro stanza, amplificatore Tandberg 3012, cavi CorFac2. La classica vaschetta portacontatti è stata avvitata sulla tavoletta di legno su cui sono stati realizzati i vari filtri crossover, il collegamento tra il crossover e gli altoparlanti è avvenuto tramite due spezzoni di circa 1 metro di lunghezza di cavo generico audio da 1,5mmquadrati “twistato” tra polo caldo e polo freddo.

Il carico acustico offerto dal cabinet al midwoofer Seas non è quello per me ritenuto ideale, la volumetria è piuttosto ridotta, di conseguenza le basse frequenze sono un poco deficitarie nella resa anche se lo smorzamento era ottimo, per cui vi invito a non dare troppa importanza ai risultati evidenziati dalle misurazioni in ambiente al di sotto dei 150 Hz.

Il fatto è che avevo solo questo cabinet disponibile per cui ho utilizzato quello che passava il convento e poi non era certamente il carico dei bassi ad essere sotto esame in questo test.

I filtri scelti sono stati selezionati abbastanza a caso, avevo disponibile lo schema elettrico ( reso peraltro pubblico sulle brochure delle aziende in questione ) e le aziende scelte sono di grande esperienza e offrono prodotti di indiscutibile qualità. Ho evitato di replicare reti di filtro proposte da aziende del settore secondarie poiché in essi vi erano tali ingenuità di progettazione che ho preferito risparmiarmi la pena di sentire come avrebbero fatto suonare il nostro sistema….

…ma passiamo ai filtri e al test vero e proprio.

CIARE KFH 03

Filtro crossover proposto in Kit dalla CIARE, sulla brochure aziendale si può leggere che ad esso dovrebbero venire collegati il midwoofer HW161N e il tweeter HT262. L’architettura di questo filtro è assai semplice : passa basso e passa alto del secondo ordine “secco” e senza alcuna resistenza di attenuazione tweeter. L’incrocio acustico dovrebbe avvenire a 2500Hz. Il filtro mostra componentistica di ottima qualità, bobine avvolte in aria e condensatori in film plastico.

Vediamo come un filtro del genere si comporta se collegato ad altoparlanti diversi da quelli indicati dalla stessa Ciare.

La risposta MLS evidenzia  un discreto comportamento del sistema in gamma media mentre al di sopra di essa si nota la mancanza di attenuazione del tweeter. Si vede subito che la piccola bobina di filtro del ramo passa basso male controlla l’esuberanza del midwoofer in gamma media, con una caduta del livello al di sotto dei 1000Hz.

Il grafico2 prevede la risposta in ambiente del sistema, in forte crescita al salire della frequenza e in generale nettamente sbilanciata verso la gamma acuta.

L’incrocio acustico tra midwoofer e tweeter avviene a frequenza piuttosto alta, intorno a 3,5 KHz, vi è comunque un’ampia zona di sovrapposizione, anche se il relativo incremento di risposta appare molto modesto.

MONACOR DN-20

A differenza di quanto avviene con il filtro Ciare appena analizzato, quello della tedesca Monacor ha una apparenza molto più “universale”, infatti viene indicato come filtro per un generico sistema a due vie senza indicare eventuali altoparlanti da impiegare.

Questo filtro appare appena più sofisticato del Ciare e con una filosofia differente. La costruzione è ottima con bobine di qualità e condensatori in film plastico di ottima fattura. La bobina di media taglia del passabasso  e il piccolo valore del condensatore in parallelo ad essa evidenziano un fattore di merito molto basso, in più appare una rete di Zobel dai valori adattati per un generico midwoofer dalla resistenza elevata e dalla bassa induttanza della bobina mobile. Anche qui non vi è resistenza di attenuazione per il tweeter e i rami sono entrambi del secondo ordine elettrico, per un incrocio intorno ai 2KHz. Bene, dopo la piccola disamina tecnica, passiamo alle misure.

La risposta MLS appare assolutamente tormentata.

Anche in questo caso la risposta è tutta in salita e priva quasi del tutto di  linearità.

L’incrocio acustico avviene in modo poco chiaro intorno ai 3 KHz con un’ampia zona di sovrapposizione e la risposta del tweeter in basso ben poco controllata a causa della grande bobina di filtro del ramo passa alto.

CORAL NT 820

Questo crossover è piuttosto datato, proviene da una brochure per autocostruzione CORAL in mio possesso di almeno una decina di anni fa, per cui tale filtro non credo sia più in commercio ma ho voluto inserirlo nel test perché moltissime casse che mi sono state presentate utilizzavano filtri crossover Coral e questo modello era quello più gettonato.

L’architettura di questo filtro, fisicamente molto bene realizzato, evidenza una buona cura progettuale. La bobina del passa basso ha un valore piuttosto elevato, il condensatore è un elettrolitico di buona fattura. Il ramo passa alto finalmente prevede l’attenuazione del tweeter, peraltro adattabile tramite l’asportazione di una resistenza. Il passa alto è sempre del secondo ordine elettrico ma è presente anche una cella di Zobel adattata probabilmente alle caratteristiche del tweeter indicato nella brochure. Questo filtro veniva utilizzato in abbinamento agli altoparlanti e relativi progetti CORAL della serie REFERENCE, quindi con un tweeter a cupola morbida da 1 pollice curiosamente caricato in linea di trasmissione e a midwoofer dal cono in composito plastico di diametro variabile da 4 pollici a 8 pollici. La frequenza di incrocio dichiarata è pari a 2200Hz.

Ho potuto verificare molte volte come questo filtro fornisse buoni risultati se accoppiato con i suoi altoparlanti, vediamo come si comporterebbe se posto da un autocostruttore inesperto nel nostro sistema acustico.

Vista la possibilità di inserire e variare l’ attenuazione del tweeter ho eseguito la sola misura con la resistenza serie da 4R7. Il grafico mostra un comportamento molto migliore rispetto a quello evidenziato dai due filtri visti precedentemente. La bobina di buon valore fornisce l’attenuazione necessaria alla gamma media e il tweeter è meglio controllato anche se la risposta è ancora carente in linearità.

La risposta in ambiente è notevole, evidenzia una buona linearità in gamma media e un andamento tipico di un diffusore bookshelf bene congegnato. Ovviamente con un filtro ottimizzato la risposta sarebbe ancora superiore.

Questo è quanto avverrebbe se si costruisse un ottimo diffusore in termini di corretto carico acustico, cabinet bene costruito e ottima qualità e fattura degli altoparlanti impiegati e utilizzando filtri crossover di ottima qualità complessiva ma non ottimizzati per il sistema in questione. I risultati sono stati tra il deludente e il buono ma credo che qualsiasi autocostruttore potrebbe pretendere molto di più visto la cura, il tempo ed il denaro spesi in un progetto del genere.

Senza rimangiarmi tutto quello che ho sempre affermato sui filtri, da buon “bastian contrario”, ho voluto infine fare una prova io, provando a realizzare un filtro dalle caratteristiche il più possibile “universali”, fermo restando che esso sarebbe stato per un sistema due vie, sia esso tipo bookshelf o da pavimento, facente uso di un singolo midwoofer di diametro compreso tra i 100 e i 200 mm e un tweeter a cupola o a cono, con una frequenza di risonanza non superiore a 2KHz.

Ci tengo a sottolinearlo subito : il filtro che vi presento non è stato realizzato per questo progetto ma esso prevede un utilizzo ad ampio spettro qualora non fosse proprio possibile per voi realizzare un filtro calibrato sul progetto da fare. Perlomeno esso non rappresenterà mai l’ideale filtro per i vostri diffusori ma sono sicuro che non andrà mai completamente male e fornirà risultati sempre migliori di tutti i filtri generici che voi possiate sperimentare.

Ma vediamo come ho progettato e ideato il filtro che ho chiamato provvisoriamente XN02.

AUDIOJAM2 XN02

1)   La grande bobina di filtro del ramo passa basso permette di controllare molto bene la tipica risposta in salita al salire della frequenza emessa, tipica della maggior parte dei midwoofer commerciali, soprattutto se inseriti in diffusori bookshelf e quindi soggetti al “baffle step”.

2)   Il piccolo condensatore in parallelo alla bobina forma una cella passa basso a basso Q e quindi fornisce una ridotta pendenza della curva di attenuazione, evitando il presentarsi di picchi di risposta in media frequenza, picchi molto sgradevoli all’ascolto.

3)   Non vi è cella di Zobel sul passa basso poiché l’induttanza della bobina dei midwoofer è un parametro molto variabile e non vi sarebbe costanza di rendimento.

4)   Il passa alto del tweeter presenta ben tre resistenze in parallelo, due delle quali facilmente asportabili, per cui l’attenuazione è regolabile in tre livelli diversi. La resistenza sul tweeter può quindi essere pari a 2,2 – 3,4 – 6,8 ohm, potendosi quindi adattare meglio ai differenti tweeter presenti sul mercato. Nel caso ci si trovasse di fronte ad una coppia di altoparlanti la quale presentasse lo stesso livello di efficienza e il gruppo di resistenze fosse quindi superfluo, si potrà semplicemente cortocircuitare il gruppo resistivo mediante un piccolo spezzone di cavo elettrico.

5)   Il ramo passa alto dovrebbe fornire una risposta ottimale con tweeter dalla risposta piatta o leggermente in salita. La cella di Zobel presente in questo ramo permette di controllare le eventuali esuberanze dei tweeter sia in termini acustici che elettrici.

Ma vediamo come si comporta questo particolare crossover nel diffusore sotto esame, tenendo conto che l’attenuazione scelta per il tweeter è quella massima consentita ovvero resistenza in serie da 6R8 ( le altre due resistenze vengono asportate ).

La risposta MLS a un metro, evidenzia una insospettabile linearità di risposta malgrado un piccolo buco a 3 KHz, peraltro abbastanza innocuo all’ascolto. Questo è il primo grafico che si può definire vicino a quello che ci si attenderebbe da un sistema di questa classe, anche se il tweeter avrebbe ancora bisogno di un poco di attenuazione supplementare.

Con un crossover tarato al meglio per questo abbinamento la risposta sarebbe migliore, non vi è dubbio ma qui almeno non vi sono particolari problemi di risposta e vi assicuro che ho misurato diffusori commerciali i quali esibivano risposte MLS ben peggiori di questa….

La risposta in ambiente è buona, il sistema pur se non perfettamente lineare si esprime molto bene da 80 Hz fino all’estremo acuto con contenute variazioni di risposta.

L’incrocio acustico si trova intorno ai 2 KHz con una certa sovrapposizione che caratterizza il rendimento della gamma media.

Ora, per dimostrarvi che il filtro non è stato calibrato per questa specifica configurazione di altoparlanti proviamo a sostituire gli altoparlanti utilizzati.

Abbiamo qui sostituito il tweeter SEAS con una unità SB ACOUSTIC SB29RDC. Il tweeter ha una resistenza in corrente continua di circa 3 ohm per cui ho inserito direttamente sul morsetto positivo una resistenza da 1,5 ohm 5W per adattare l’impedenza. La linearità del sistema è buona anche se permane il buco a 3 KHz e il passaggio da midwoofer a tweeter è graficamente piuttosto evidente.

Discreta la risposta evidenziata in ambiente anche se un poco “leggera” in gamma medioalta.

A questo punto, proviamo infine a sostituire il miwoofer SEAS con una unità RES 180 ( bobina da 8 ohm ) una unità fondamentalmente diversa, dal cono in carbonio e parametri più estremi rispetto al SEAS ER18

La risposta MLS appare buona, soprattutto è felice l’inviluppo della curva in gamma media, segno che questo woofer bene si accoppia con il ramo passa basso del filtro AUDIOJAM2. C’è sempre il buco a 3 KHz ma lo scollamento tra i due rami è minore rispetto all’abbinamento visto precedentemente.

Buona la linearità del sistema in ambiente anche se ancora perfettibile, vicina a quello che ci si aspetta da un siffatto sistema.

In questo caso abbiamo rimontato il tweeter SEAS e lo abbiamo utilizzato in abbinamento al midwoofer RES 180. Come possiamo notare la linearità del sistema è buona ma perfettibile.

Vediamo finalmente una curva regolare e piena almeno da 80 Hz fino all’estremo superiore. Questa è la prima performance degna di nota e avvicina  il sistema a quello che ci si dovrebbe attendere.

Abbiamo sostituito il midwoofer RES con un componente Monacor,  più efficiente ma inadatto al carico bass reflex ( QTS e frequenza di risonanza piuttosto elevati ). La risposta MLS è comunque inaspettatamente buona.

La risposta complessiva è buona, soprattutto la transizione tra midwoofer e tweeter è notevole, ovviamente il carico reflex è inadatto all’altoparlante impiegato, denunciando scarsa pressione al di sotto dei 100Hz e un picco di risposta a frequenza medio-bassa.

E’ stato impiegato un midwoofer Philips di buona fattura e adatto al carico reflex fornito dal cabinet. Vediamo come la risposta MLS sia complessivamente discreta con il livello del tweeter leggermente al di sopra del richiesto.

La risposta in ambiente della coppia Philips+Seas è molto valida, il diffusore è discretamente lineare da 80 Hz fino all’estremo acuto, la grande bobina di filtro del ramo passa basso controlla perfettamente la gamma media del midwoofer.

CONCLUSIONI.

Nonostante un mio certo malcelato orgoglio per la mia semplice ma efficace rete di filtro quanto più possibile “generica”, la quale ha offerto buoni risultati, ripeto, i risultati ottenuti sarebbero stati molto migliori mediante l’impiego di una rete di filtro ottimizzata per controllare al meglio le singole risposte dei driver impiegati, e che il test ha reso bene l’idea di che cosa potrebbe succedere se si considerasse il filtro crossover come un componente dal valore secondario rispetto agli altoparlanti impiegati.

La rete di filtro AUDIOJAM2 XN02 qui ideata potrebbe essere utile per realizzare un sistema due vie di tipo economico, oppure come crossover provvisorio per un diffusore-tipo, in attesa di poter costruire un filtro più efficace, o ancora come base di partenza per poi affinare il filtro con componenti di valore dedicato.

Se qualcuno lo desidera, posso fornire tale filtro già montato e testato, utilizzando componenti di ottima qualità e, se necessario, posso fornirlo già completo di cablaggio, morsetti capicorda e  vaschetta portacontatti.

Buon lavoro e buoni ascolti da Alberto.

“La musica è un’arte viva, emozione in movimento perpetuo. Quando potete, spegnete lo stereo e andate ai concerti. Quando non potete farlo, esigete dal vostro impianto la stessa emozione provata all’ultimo concerto.”

STUDIO ELETTROACUSTICA AUDIOJAM2
di Bellino Alberto
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MAIL: audiojam@libero.it
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Da Alberto,  un ringraziamento speciale a Davide Sbisà per lo spazio a me fornito su questo sito.

Ultima cosa ... se riesce  a trovare  del tempo libero , puo' essere disponibile alla costruzione di filtri per diffusori , che realizza con una precisione incredibile  e a costi MOLTO onesti ,considerando il tempo che occorre per recuperare tutti i componenti e par la costruzione dello stesso. Puo' anche venire a casa vostra per sistemare nel vostro ambiente i diffusori e tararli in base alle vostre esigenze , dispone di strumenti chiamato Clio per taratura e sistemazione , vi consiglio di guardare la sistemazione delle mie JBL.

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