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Altoparlanti


Centrale
By Anto Audio

        


Introduzione


Ogni componente di un impianto Home Theatre è di elevata importanza, il canale centrale lo è in particolar modo poiché veicola una buona fetta del messaggio sonoro.
Teoricamente gli altoparlanti dovrebbero essere tutti uguali, con i frontali ed il centrale posizionali alla stessa altezza; per motivi economici spesso il centrale è un po' più “robusto”, proprio per il suo compito più gravoso. Sui segnali comunque avviene una equalizzazione, per cui il centrale si trova con enfatizzata la gamma media e attenuati gli estremi.

In maniera comune si trovano altoparlanti a 2, 2,5 o 3 vie; La soluzione a 2 e 2,5 vie è un po' di compromesso, visto che generalmente  il canale centrale verrà posto in orizzontale con i 2 woofer a lato e il tweeter nel mezzo; questa configurazione produce una dispersione parecchio scostante al variare della frequenza e rappresenta è un limite sia per gli ascolti fuori asse, sia per il suono che, riflettendosi sulle pareti, raggiunge gli ascoltatori, che dovrebbe invece avere un andamento quanto più simile a quello in asse.

Tralasciando la soluzione dei monovia, che potrebbe avere qualche altra limitazione (anche se comunque è una valida scelta, soprattutto se di qualità), o dei coassiali, stile Cabasse, che non sono molto frequenti, resta la configurazione degli altoparlanti a 3 vie dove medio e tweeter tipicamente riacquistano la configurazione più corretta, cioè uno sopra l'altro.
In questo caso l'andamento della dispersione in gamma medio-alta torna ad essere analoga a quella dei canali frontali; ovviamente con dei costi aggiuntivi.

Tornando con la soluzione a 2 vie, l'idea per migliorare l'andamento fuori asse potrebbe essere quella di abbassare la frequenza di incrocio del tweeter più possibile; questo ovviamente è un compromesso sulla tenuta in potenza di tutto il diffusore. Un metodo per conseguire questo risultato, già usato in altri progetti, è quello di:

1) aggiungere una guida d'onda al tweeter.
2) usare un tweeter con una bassa Fs.
3) usare tagli con pendenze elevate.

La guida d'onda consente di ottenere un incremento della risposta in frequenza, rispetto a quella del tweeter senza guida d'onda, che aumenta al diminuire della stessa, fino a una soglia che è dipendente dal diametro della bocca della guida stessa; al di sotto, il guadagno tende progressivamente a ridursi a 0. Se c'è un incremento del livello, di contro c'è una necessità di minor potenza, quindi minori stress per il tweeter.
Si può trarre vantaggio anche dal frontale della cassa, che potrebbe essere assimilabile ad un proseguimento della guida d'onda; come succede nel montaggio su pannello "infinito", la gamma bassa viene estesa e la rapidità con cui cala il livello diminuisce..

Questo si potrebbe applicare incassando l'altoparlante nel muro (non molto pratico), o comunque realizzando un diffusore abbastanza sottile da essere appeso alla parete (più semplice), ed aumentando le dimensioni del pannello frontale.
I vantaggi di avere la cassa appoggiata alla parete si traducono anche in una maggiore estensione in gamma bassa, o, viceversa, consengono di mantenere una buona estensione anche se si riduce il volume interno della cassa.

 
 

C'è un ulteriore vantaggio: le frequenze ricoperte tra subwoofer e woofer possono essere ben distinte e non sovrapposte; il passa alto diventa più ripido rispetto a quello di una cassa chiusa ma resta il vantaggio dato dalla cassa chiusa di escursioni contenute dei woofer.
Da qui nasce il progetto di questo centrale, che riunisce un pò di queste ipotesi di lavoro; niente di particolarmente innovativo, ma è importante che alla fine il risultato sia quello giusto.


 


Il Progetto


 

I componenti utilizzati sono quindi 2 midwoofer della Dayton Audio, modello Dc130Bs, da 13 cm di diametro e 4 ohm di impedenza ciascuno, economici ma ben costruiti.
Di fianco ci sono i parametri T&S per la simulazione tramite Winisd o altri strumenti adatti allo scopo.


 
 

I tweeter scelti sono dei Tangband 25-1166sj, con cupola da 1 pollice e camera di risonanza posteriore; sono modelli anche questi economici ma dalle buone caratteristiche. Ad essi è stata abbinata una guida d'onda Monacor, la Wg300, utilizzata propriamente o impropriamente in molti progetti:

 
 

Va da se che la guida d'onda non è assolutamente studiata per il tweeter in oggetto; è necessario verificare, con delle misure, se il risultato è soddisfacente, anche perché la Monacor Wg300 ha un andamento particolare nella prima parte della guida che può modificare pesantemente la risposta in frequenza.
Perché non usare direttamente la guida con il suo tweeter Monacor Dt300? Perché l'andamento complessivo ha un piccolo calo nel range intorno ai 1200-1700hz, cosa che complica un po' la realizzazione del crossover. Mentre il Tb indicato ha invece una bella risposta estesa, e sarebbe un componente di qualità se non fosse per l'aspetto plasticoso e per un eccesso di risonanza intorno ai 10000 hz che rende alcune note un po' taglienti, in particolare i violini; niente di non correggibile con una cellettina di risonanza; inoltre l'uso della guida corregge già molto questo difetto.
Il fatto di cercare di incrociare il tweeter al d sotto della “frequenza di taglio” della guida non è cosa buona e giusta, ma in questo (ed in altri) progetto l'abbiamo fatto per ottenere il risultato voluto.
Guida e tweeter verranno fissati tramite una piccola flangia di mdf.


Il volume della cassa


Per quanto anticipato prima, è stato deciso di utilizzare una cassa poco profonda per essere attaccata al muro, appesa sotto al televisore (si parla o no di Ht?); ma poi ci sarà una gamma bassa sufficiente?
Dovrà essere verificato; il mettere una cassa attaccata alla parete fa si che la gamma bassa viene emessa in un semispazio; se teoricamente si mettesse in un angolo avrebbe l'emissione ridotta ad una un ottavo di sfera.
L'emissione in un semispazio comporta che non sia presente un'emissione posteriore che si riflette sulla parete posteriore e raggiunge il punto di ascolto con una fase differente rispetto all'emissione principale; il vantaggio non è solo per quella frequenza per cui si ha una cancellazione totale, ma per tutte quelle per cui le fasi differiscono per cui si ha una parziale attenuazione; evidente sulle frequenze la cui lunghezza d'onda è maggiore della distanza dal punto di ascolto.
In parole semplici, quella che è l'emissione posteriore viene emessa completamente in avanti ed in fase con l'emissione anteriore.

Definita questa cosa, si può cominciare ad utilizzare winisd per simulare l'andamento della gamma bassa. I woofer utilizzati sono adatti per un uso reflex; in questa situazione si utilizza però una cassa chiusa di circa 6 litri, praticamente poco più
che la dimensione minima necessaria per contenere altoparlanti e filtri!


 
 


La risposta gialla è in cassa chiusa; in grigio è stata simulato anche una cassa reflex, con circa stesso volume e con un accordo sui 50 hz. Si nota che si guadagnano così un paio di db sui 100 hz, dati dal tubo reflex; ovviamente c'è un minimo di ritardo di gruppo in più, mentre la tenuta in potenza riflette la presenza del reflex: il cono sta quasi fermo alla frequenza di accordo, ma sotto tale frequenza  l'escursione aumenta tantissimo.
Trattandosi di Home Theatre, segnali sotto i 50 hz ce ne sono ovviamente parecchi: se l'amplificatore è dotato di un passa alto, allora può meritare ipotizzare l'utilizzo della cassa reflex al posto di quella chiusa. Se non fosse presente un passa alto, si riduce la tenuta in potenza rischiando di aumentare eccessivamente la distorsione.
L'altro punto degno di attenzione è la quantità di assorbente contenuto nella cassa: dovendo riprodurre anche le medie frequenze, è necessario abbondare per non rischiare di trovarsi un suono un pò troppo scatolato. Considerate le dimensioni limitate, strette e lunghe, si rischia che l'assorbente chiuda eccessivamente il condotto reflex riducendo in maniera sensibile il vantaggio (e riportandolo a metà tra una cassa chiusa ed un accordo Variovent). Sulla cassa chiusa invece non ci sono grossi problemi, potendo così aggiungere la quantità necessaria di assorbente in traquillità, scelta che alla fine è stata perseguita in questa situazione.

Una misurazione dell'impedenza è utile per avere un'idea se ci sono risonanze o montaggi sballati; a seguire un grafico dell'impedenza (anche se a crossover già ultimato) in cui si vede la linerità complessiva. Eventuali risonanze vendono evidenziate da delle discontinuità della curva. Questo risulta uno strumento di analisi molto utile, da verificare con accuratezza in particolare per la sezione woofer e medi.


 
 



La costruzione della cassa


 

La cassa è stata realizzata utilizzando mdf con spessore di 1,4 cm. Le dimensioni ridottissime dei pannelli non rendono necessario uno spessore maggiore; quello che è importante però è di collegare i lati lunghi dei pannelli in maniera più salda possibile.


 

Questo si riesce a fare smussando i lati dei pannelli a 45° tramite una fresatrice verticale, ed incollandoli lungo le parti smussate; i vantaggi sono 2: la superficie di incollaggio è maggiore; inoltre questo avviene direttamente sulle 2 parti interne dell'mdf, che assorbono più quantità di colla, poiché sono molto porose, e non una parte interna con una faccia laterale come negli incollaggi più classici, che ne assorbe meno e che vincola meno tutto il pannello.
Nella figura a fianco si vede una sezione:


 

La costruzione prevede di effettuare prima i fori per woofer e tweeter, in particolare se è necessario smussare il bordo interno dei woofer per facilitare l'emissione posteriore.
In questo caso non è necessario, visto che lo spessore (fresato) dell'alloggiamento dei woofer è pari al bordo posteriore del cestello. Il procedimento poi risulta semplice anche se necessita di precisione: una volta affiancati i 4 pannelli faccia in giù...

 

si uniscono tramite strisce di nastro da imballaggio, che è sufficientemente elastico, in modo da coprire tutta la superficie, e poi si girano a faccia in su stando attenti a mantenere l'allineamento. Il vantaggio di utilizzare in nastro da imballaggio è dato dal fatto che aderisce abbastanza bene all'mdf e sugli spigoli si allunga in maniera sufficiente da ripiegare i lati mantenendo però una tensione tale da dare la necessaria pressione per la colla vinilica.

 

Una volta girati, si può mettere della colla sugli spigoli e ripiegare il tutto in modo da formare il corpo della cassa; è importante che una parte del nastro da imballaggio sia in eccesso in modo da poter chiudere i lati. La pressione che si genera, data dalla resistenza del nastro, è già sufficiente per comprimere la colla e fissare il tutto; per cercare di aumentare la pressione, e mettere tutto in squadra (non semplicissimo da fare in questa fase), può essere utile tirare fuori un po' di sergenti e serrare il tutto, anche se non strettamente necessario.   

 
 

I 2 fondelli destro e sinistro sono quindi aggiunti per incollaggio utilizzando sempre i sergenti; la finitura è stata realizzata arrotondando i bordi ed utilizzando dello stucco spray per coprire eventuali fessure e difetti della realizzazione. Il bordo dell'mdf è di difficile gestione e necessita di un materiale riempitivo, come un impregnante o uno stucco spray, altrimenti tende sempre ad assorbire la vernice senza formare uno strato superficiale in grado di sorreggere la verniciatura successiva; in alternativa si può utilizzare un turapori o della cementite.
Resta sempre vera la regola che prevede di alternare molti strati di verniciatura e altrettanti strati di carteggiatura, con carte vetro e tele smeriglio di grana sempre più fine.
Qui sotto un'immagine con una versione provvisoria ottenuta con stucco spray:

 
 


qui di seguito un'immagine finita della cassa in azione, con verniciatura spray high gloss; sono ancora da definire le reti di protezione degli altoparlanti:

 
 

La cassa dovrà essere riempita di assorbente, senza pressarlo eccessivamente ma occupando tutti gli spazi liberi; il materiale utilizzato è in parte bugnato ed in parte acrilico.
Il crossover, suddiviso in 2 parti, è stato posizionato agli estremi della cassa; al centro deve essere prevista l'eventuale vaschetta per i contatti, ed un gancio epr poter attaccare la cassa alla parete.

 



Il Crossover


 

Il crossover è stato simulato utilizzando l'ottimo Speaker Workshop, programma non più supoportato ma di grandissima utilità. Per fortuna funziona anche sotto windows 7 (a breve la prova sotto windows 8) ed aiuta l'autocostruttore nella difficile ricerca della "perfezione".
Il crossover studiato in questo caso prevede una frequenza di incrocio bassa, il che implica grandi condensatori sul tweeter e discrete induttanze sui midwoofer (messi in serie per conseguire un'impedenza nominale di 8 ohm)

 
 


Il passa basso sui midwoofer è un normale 3° ordine, piuttosto deciso, dato dalle 2 induttanze ed il condensatore in serie. In questo utilizzo è bene scegliere induttanze con la minor resistenza possibile, su nucleo (il nucleo satura a potenze molto elevate e ben al di sopra dell'applicazione in oggetto, ed anche di molte altre).
Il passa basso è stato simulando cercando di avvicinarsi ad un 4° ordine acustico, impostato intorno ai 1200 hz; Speaker Workshop ha questa particolare opzione, molto comoda, di definire un obiettivo e di ottimizzare i valori dei componenti per avvicinarsi a tale curva. La risposta da cui partire è stata ottenuta misurando l'altoparlante a circa 1 metro di distanza, senza prendere in conto la misura sotto i 200 hz.
La cella di compensazione consente di ridurre l'allontanamento dall'obiettivo ad di sopra di una certa frequenza; complicando leggermente il crossover ci si potrebbe avvicinare ancora di più all'obiettivo. Se nel range della gamma media ci sono forti distorsioni dell'altoparlante, allora è necessario provvedere; in questo caso, trattandosi di midrange piuttosto piccoli di diametro, con cono in carta piuttosto smorzato, le distorsioni in gamma media sono piuttosto limitate e poco udibili.
La controparte è che ovviamente l'incrocio acustico sarà più complicato con il tweeter; è comunque importante, a mio avviso, non fissarsi sul perfetto computo ma verificare l'assenza di distorsioni dei midwoofer e l'emissione globale delle 2 vie in ambiente.

 
 


Il passa alto del tweeter è leggermente più complesso; ci si avvicina all' obiettivo di un passa alto acustico del 4° ordine, utilizzando una cella elettrica del secondo ordine, una coppia di resistenze serie/parallelo per adattare livelli e resistenze, una cella Rcl per compensare l'andamento in "crescita" dato dalla guida d'onda.
La cella elettrica del secondo ordine guida l'andamento del passa alto; la guida d'onda fa incrementare il livello di emissione all'abbassarsi della frequenza fino ad una certa frequenza, data dalla geometria della guida, sotto alla quale l'effetto di "boost" cala rapidamente fino ad annullarsi, come si vede nella figura sotto:

 
 

In genere questa crescita sarebbe compensata dall'utilizzo di un piccolo condensatore come passa-alto, in modo da riallineare la risposta ottenendo una curva piatta; in questa applicazione, si cerca un incrocio più basso rispatto a quello ottenibile con un piccolo condensatore. Di conseguenza si utilizza un condensatore (ed un induttore in parallelo) di dimensioni maggiori; il boost causato dalla guida non viene più correttamente bilanciato, creando un picco tra i 2 ed i 3000 hz. Questo picco viene compensato tramite una cella RCL che regolarizza la curva di emissione:

 
 


La frequenza risultante è quella ottenuta dalle emissioni; l'andamento è stato reso leggermente decrescente, all'aumentare della frequenza, per dare corpo all'emissione. Dal grafico si nota l'estensione limitata verso la gamma bassa, zona in cui andrà a lavorare con efficacia maggiore il subwoofer amplificato.

 
 


L'impedenza, altra misura utile, evidenzia la bassa impedenza del tweeter, nominalmente a 4 ohm, ma evidenzia anche la bontà di incrocio e cassa. Come si vede siamo quasi sempre oltre i 4 ohm di impedenza senza particolari rotazioni di fase, cosa che era quasi aspettata poichè si parla di 2 vie e non di 3 vie.
I 4 ohm scarsi in gamma medio alta non rappresentano un problema di pilotaggio per l'amplificatore, che anzi ringrazierà per un impedenza nella gamma bassa maggiore di 6 ohm (il ringraziamento è dovuto al fatto che  dovrà pilotare altri 5 canali in condizioni uguali o peggiori...).

 
 

Il crossover è stato realizzato cablando in aria i vari componenti; a causa dell'esiguo spazio, sono stati separate la sezione passa alto e quella passa basso riuscendo a ricavare così due piccole unità compatte. Questa precauzione consente anche di tenere separate le induttanze ed evitare che ci siano interferenze tra l'una e l'altra. Qui si trova un link utile per conoscere il posizionamento reciproco tra le induttanze.

 

I componenti utilizzati sono di qualità normale, con condensatori in polipropilene dove serve ed induttanze su nucleo per mantenere bassa la resistenza (in particolar modo sui woofer). Per le resistenze è utile utilizzare più resistenze in parallelo in carbone o strato metallico; quelle in ceramica andrebbero evitate a meno che non siano posizionate in punti non "dannosi", come in questo caso specifico, quindi in parallelo e non in serie.

 

L'installazione si completa con un gancio per appendere al muro ed una vaschetta per le connessioni; in questo caso il problema maggiore è dato proprio dalle scarse dimensioni del diffusore, per cui bisogna porre attenzione su dove posizionare la vaaschetta e quale profondità ha.


 
 

Ultimo Aggiornamento 28/02/2013

 
 
 
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