bSiloe
di
Luca Angelelli
II Parte

Nella prima parte è stato descritto in generale il progetto Siloe, storia, piani costruttivi, filosofia... In questa seconda parte vedremo la procedura che è stata usata per sviluppare il crossover utilizzando il programma Wincross e confronteremo i risultati ottenuti con le misure. Questo ci darà modo di illustrare le modalità da seguire per misurare, importare e simulare la risposta delle Siloe a mo’ di esempio ampiamente generalizzabile.
Come misurare gli altoparlanti
Wincross ha come peculiarità, per quanto ne sappiamo, unica e originale la possibilità di simulare gli effetti della diffrazione ai bordi del pannello su cui sono posizionati i trasduttori. Il primo problema è quello di fornire al programma le curve di risposta degli altoparlanti epurate di effetti diffrattivi dovuti al pannello di montaggio altrimenti si corre il rischio di considerare gli effetti del baffle due volte, nella misura e nel programma. Concettualmente il problema è molto semplice: basta montare il trasduttore su di un pannello di dimensioni infinite e misurare la risposta in frequenza nel semispazio anteriore all’altoparlante, ovviamente anche questo semispazio deve essere infinito e altrettanto ovviamente questa situazione ottimale è un po’ difficile da realizzare concretamente. Anche in questo caso il buon Fabrizio Montanucci, il famigerrimo autore di Winbass, ci viene in soccorso suggerendo una procedura più facilmente realizzabile:
6) Finite le misure "acustiche" di tutti i componenti resta da rilevare l’andamento della impedenza elettrica dei componenti e salvare anche queste misure come file ASCII. 7) La misura in campo vicino, salvata come sequenza di valori ASCII, va importata nel programma sottraendo il valore in decibel trovato al punto 5 per ottenere i corretti valori di pressione acustica. Assieme alla importazione delle curve di modulo e fase della risposta acustica deve importata anche il modulo e la fase della impedenza elettrica. In questo modo il programma potrà lavorare su altoparlanti virtuali il più possibile simili a quelli reali (figura 1).
Figura 1
Al momento di importare la misura effettuata in campo vicino si deve riallineare il livello della pressione acustica a quello rilevato ad 1 m, sottraendo la differenza in decibel rilevata con la misura effettuata ad un metro. Nella figura sono riportate le impostazioni per l’importazione di una misura MLS effettuata con Clio ed esportata come file ASCII. Il fattore di modulo di correzione della risposta è -24 dB.
Questa procedura permette di ottenere le risposte dei trasduttori con una precisione molto buona per quanto riguarda il modulo della pressione acustica, un po’ meno per quanto riguarda l’andamento della fase acustica alle frequenze più alte. Queste misure sono tali da risentire in modo trascurabile della diffrazione del pannello di misura e quindi possono essere impiegate per simulare il comportamento del trasduttore su di un baffle qualsiasi. E per chi non disponesse della strumentazione di misura? Per questi appassionati meno fortunati ma sicuramente numerosissimi la redazione sta lavorando alacremente e presto si verranno annunciate novità molto interessanti.
Le simulazioni
Quando ci si accinge a simulare un dato sistema con Wincross 1.2 è utile tenere a mente la sequenza di operazioni che si fa quando si costruisce un diffusore:
Se il componente non è presente è sufficiente eliminarlo altrimenti vanno definite le sue grandezze caratteristiche. Ricordando questa analogia con la realtà è molto semplice districarsi nei meandri di Wincross ed accorgersi che la sensazione di disagio che cogli alcuni utenti durante le prime sessioni è dovuta alla versatilità del programma molto superiore a quella di software concorrenti (se ne esistono). Seguendo tutti e tre i passi suggeriti abbiamo il sistema Siloe pronto per essere esaminato (figura 2), con due trasduttori, due filtri passivi ed un amplificatore.
In figura 3 e 4 si po’ vedere il riquadro di definizione dei due altoparlanti con tutte le quote per la simulazione. Montato il sistema possiamo passare alle simulazioni vere e proprie.
In figura 5 e 6 sono riportati i due riquadri di definizione delle due sezioni passive. La rete del tweeter è piuttosto convenzionale, un terzo ordine elettrico con le resistenze di attenuazione distribuite prima e dopo il crossover per modificarne lo smorzamento modificandone la risposta. Il filtro del mid woofer può essere visto come un secondo ordine convenzionale al quale sia stato aggiunto a "cavallo" della bobina un condensatore in modo da creare una cella LC. In questo modo si modifica l’andamento passa basso e si eliminano due picchi intorno a 6 khz dovuti a break up della cupola parapolvere. Questa topologia poco convenzionale ha imposto l’uso della sezione reti di compensazione visto che nei filtri passivi non è contemplata la possibilità di simulare l’effetto di celle LC parallelo montate in serie. Il condensatore in parallelo (15 mF) è riportato nella cella RLC serie montata in parallelo annullando l’effetto di R e di L (R=1E-9, Rl=1E-9, L=1E-9).

Figura 7

In figura 7 si può osservare la risposta delle due vie, con e senza (linee tratteggiate) il crossover passivo. La simulazione è stata ottenuta impostando come modello per il trasduttore il Disco rigido su pannello assegnato.

Figura 8
In figura 8 veniamo direttamente al punto: risposta simulata e risposta misurata direttamente a confronto. La curva in blu è la misura del sistema mentre quella in nero è la simulazione. Il risultato è molto buono considerando che la curva misurata è valida a partire da circa 280 Hz per via della finestra temporale usata per porsi in "regime anecoico simulato". Le differenze importanti sono al disotto dei 1300 Hz e sono dovute al fatto che per la misura del mw non si è tenuto conto degli effetti dovuti al pannello di montaggio, ovvero al fatto che il componente è stato misurato su di un pannello molto stretto. Questo porta nella zona di transizione da una emissione su di un semispazio a quella sullo spazio intero una stima per eccesso della sensibilità da 250 a 1000 Hz (circa 1.5 dB). Le irregolarità presenti intorno ai 1200 Hz sono dovute a dei problemi dell’insieme cono cupola parapolvere. Si tratta di una sorta di break up (se fate attenzione si può ritrovarne traccia nella curva di impedenza del componente) che si manifesta come un buco in campo vicino e come un picco nella misura da lontano. Questo risultato dimostra la bontà della procedura suggerita e ne mostra anche i limiti. Se si fossero misurati gli altoparlanti su di un pannello più grande l’accordo fra misura e simulazione sarebbe stato ancora migliore.

Figura 9

In figura 9 possiamo vedere la risposta fuori asse del tweeter non filtrato simulata e misurata. La misura è la curva tratteggiata. La risposta del tweeter è stata processata per eliminare gli effetti dovuti al pannello. Malgrado le manipolazioni la risposta simulata concorda sostanzialmente con la misura anche par posizioni disassate del punto di misura!

Misure

Figura 11


Figura 12
In figura 11 e 12 riportiamo la misura della impedenza elettrica in modulo e fase e la riposta misurata in ambiente con rumore rosa. Il modulo di impedenza mostra un sistema tipicamente da 4 ohm nominali con un andamento che non dovrebbe impensierire nessun amplificatore moderno. La risposta in ambiente è stata rilevata nella camera dell'autore. La regolarità e rimarchevole visto che fra le due casse è posizionato un tavolo, che queste sono distanti circa 1.5 m dalla parete di fondo e poste a distanze diverse da quelle laterali. L’intervallo fra le divisioni orizzontali è di 5 dB. La risposta si estende fino a 40 Hz e cala progressivamente all’aumentare della frequenza.
Conclusioni
Non ci sono conclusioni. O meglio non vogliamo darvene per due ragioni: l’insieme dei due articoli sulle Siloe non ha il solo scopo di essere letto, ma quello di spingervi alla realizzazione, all’azione diretta che ben poche volte è stata così economica e vantaggiosa. Insomma le conclusioni potete e dovete tirarle voi. E poi non finisce qui nel senso letterale del termine. Delle Siloe continueremo a parlarne altrove nella speranza di farle crescere ancora un poco, assieme.
Riquadri
Sottrazione degli effetti diffrattivi del pannello
Talvolta capita di dover sottrarre alla risposta di un altoparlante gli effetti dovuti alla diffrazione del pannello sul quale è montato. Il caso tipico è quello in cui si dispone della risposta di un componente rilevata in una determinata situazione e la si vuole utilizzare per studiare il comportamento su un baffle qualsiasi. La procedura è un poco lunga ma del tutto semplice: n per prima cosa si considera un trasduttore ideale dello stesso diametro di quello considerato montato sul pannello di misura. Un trasduttore ideale è quello che ha risposta acustica (modulo e fase) ed impedenza elettrica (modulo e fase) costanti al variare della frequenza. Un altoparlante siffatto è memorizzato nell’archivio di Wincross con il nome flat.crw. n la risposta simulata considerando gli effetti diffrativi (risposte calcolate su pannello assegnato) rappresenta l’effetto del pannello sulla risposta dell’altoparlante. Questa risposta (modulo e fase) andrà memorizzata per essere utilizzata come file peso da sottrarre al file che rappresenta la risposta dell’altoparlante (Figura 10).

Figura 10
Se non si vuole avere a che fare con operazioni su file è possibile creare un altoparlante fittizio facendo tracciare contemporaneamente al programma il modulo e fase acustici, il modulo e la fase elettrici dell’altoparlante ideale, da 2 a 200000 Hz in tutte e quattro le curve. Chiedendo di copiare i grafici Wincross si offrirà si salvare come nuovo "altoparlante" l’insieme dei grafici tracciati. A questo punto potremo importare il trasduttore "vero" in un blocco altoparlante e l’altoparlante "peso" subito al di sotto. Chiedendo di tracciare il modulo e fase relativi dei due componenti otterremo il modulo e la fase acustica del trasduttore epurato degli effetti diffrattivi del pannello. Attenzione ad impostare come modello per gli altoparlanti Disco rigido su pannello infinito. Anche questa risposta può essere salvata come un nuovo altoparlante per poterla utilizzare in seguito.
Clio
Tutte le misure effettuate per questo articolo sono state effettuate con la scheda Clio di Audiomatica alla quale, nelle persone di Bigi e Iacchia, va sempre una benedizione ogni volta che uso la loro creatura. Il sistema di misura Clio è ampiamente appezzato da appassionati e professionisti non solo in Italia ma anche all’estero. A tutti gli appassionati consiglio di approfondire la conoscenza di questo ottimo strumento visitando il sito di Audiomatica (http://www.mclink.it/com/audiomatica/).
I risultati delle misure sono stati confrontati a campione con quelli ottenuti con le attrezzature del nostro laboratorio risultando sempre congruenti e sufficientemente precisi. Aspettiamo con impazienza la nuova versione del software di controllo che sarà in grado di effettuare misure oggi possibili solo con attrezzature molto molto più costose.
Assistenza, sviluppi futuri e taroccherie.
Il progetto di un diffusore in realtà non è mai finito. Si continua a pensarci sopra procedendo talvolta per tentativi, effettuando piccoli aggiustamenti, cambiando magari particolari "secondari" alla ricerca di quella sfumatura che mancava, di quel miglioramento piccolo quanto si voglia ma così importante all’orecchio dell’audiofilo. Kenneth Kantor (progettista dei diffusori NHT) ci ha raccontato durante la sua visita alla nostra redazione di come siano necessari mesi per decidere se mettere o togliere quel dB in una parte dello spettro riprodotto. Oppure si sperimentano soluzioni completamente nuove, non considerate inizialmente o scartate per ragioni di costo. Insomma un Sistema come le Siloe continua ad evolversi anche dopo che è stato ritenuto pronto per essere dato alla stampe. Inoltre uno dei vantaggi dell’autocostruzione è quello di poter sperimentare personalmente soluzioni diverse modificando più o meno sostanzialmente il progetto originario. Il costo molto contenuto delle Siloe speriamo che induca molte persone a costruirle, persone che magari sono alla loro prima realizzazione e che possono incontrare dei problemi dovuti alla loro inesperienza e che possono trovarsi per questo in difficoltà Per queste ragioni ho deciso di supportare questa mia creatura attraverso la mia personal web page sulla "rivista elettronica" Mc-link dove sarà creata una sezione dedicata proprio a loro, con la descrizione dei nuovi sviluppi, delle taroccherie possibili, e sarà data un poco di assistenza a chi ne avesse necessità. Saranno disponibili le risposte dei singoli trasduttori salvate nel formato proprietario di Wincross in modo da permetterne l’utilizzo in qualsiasi altro sistema. Che più ...? L’indirizzo internet è www.mclink.it/personal/MC6647..
Errata corridge e modifiche
Purtroppo nella prima puntata ci sono stati vari errori che sono sfuggiti al controllo dell’autore. Il più importante è quello riguardante l’altezza della fessura fra il fondo del mobile ed il pannello di appoggio al suolo che deve essere di 7 (sette) mm.(Figura 1).Nel disegno costruttivo a causa del ridimensionamento della figura sono saltate molte quote fra cui quella che indicava questo importantissimo valore. Una prova estensiva con vari altoparlanti e contatti avuti con la Revac stessa ci hanno rivelato che sono state effettuate delle modifiche agli altoparlanti utilizzati nel lungo tempo intercorso fra quando la ditta torinese ci ha mandato i componenti per le prove e l’uscita sulla rivista del progetto definitivo. Questo ci ha costretto a rivedere lo schema elettrico del crossover che potete vedere in figura 13. Con l’occasione sono stati effettuati dei leggeri aggiustamenti "timbrici" per rendere il suono delle Siloe un poco più riposante.
Ascolto
La prima cosa che colpisce delle Siloe è la focalizzazione della scena acustica, decisamente a livello di diffusori molto costosi. Il famoso palcoscenico virtuale si crea con naturalezza alle spalle dei due diffusori allargandosi oltre lo spazio compreso fra le due casse con buona profondità. Il timbro generale è impostato sul caldo senza sacrificare l’estremo acuto che comunque risulta ben dettagliato. La gamma bassa soddisfacemente estesa verso le frequenze più basse anche se non riesce a riprodurre realisticamente la prima ottava dello spettro sonoro. Questa nota che potrebbe apparine un limite in realtà è un complimento visto che il riferimento con cui si confronta mentalmente le Siloe ha altoparlanti di superficie per lo meno doppia e costo di un ordine di grandezza superiore. I limiti appaiono evidenti solamente quando si alza il volume come un indurimento della gamma medio alta che diventa pungente e fastidiosa. La gamma bassa invece non si scompone ed è facile arrivare al fondo corsa dell’altoparlante senza percepire sintomi premonitori. Per la cronaca il finale usato per questa prova al limite è dichiarato per 140 W su 8 ohm. Personalmente considero ben riuscito un diffusore quando riesco a dimenticare diagrammi, misure, simulazioni ... e ascoltare i miei pensieri, le emozioni che la musica riscopre nel cuore, ricordo e nostalgia, piacere ed un poco di tristezza, amore e solitudine. Accade di rado, tanto di rado da poterlo considerare una breve conquista. Con le Siloe è successo.
Con e senza, quando il Wincross fa la differenza.

Figura 14
Diffusamente in questo articolo si è parlato della capacità di Wincross di simulare gli effetti delle diffrazioni del pannello sul quale sono montati gli altoparlanti. Sicuramente i lettori più tecnici si saranno resi conto della importanza di questa capacita unica, a quanto ci risulta, di Wincross. Molti altri magari trovano più difficile afferrare l’importanza di questa peculiarità e comprendere la sostanziale differenza fra un normale programma di simulazione e Wincross. Talvolta siamo stati raggiunti da lettori spaventati dalla versatilità del programma tanto da desistere dall’uso e ritornare a software più semplici. In figura 14 riportiamo la risposta simulata delle Siloe con (linea continua) e senza (linea tratteggiata) l’opzione per il calcolo delle diffrazioni. Senza disporre di uno strumento di misura sarebbe stato impossibile raggiungere risultati sufficienti. Invece con Wincross ogni utente è in grado di prevedere il comportamento di un altoparlante, magari prelevato da un archivio di misure, su di un pannello qualsiasi con buona approssimazione. La differenza c’è e si vede!


Didascalie
Foto 1 e 2 Nella misura in campo vicino il microfono va posizionato molto vicino alla membrana. Nel caso degli altoparlanti a cono la capsula può essere posta sullo stesso piano del pannello di montaggio, mentre nel caso di altoparlanti a cupola la distanza fra i due trasduttori deve essere tale da limitare mutue interazioni, circa 6-8 cm.

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