BtBox – Un “Altro”-Parlante Bluetooth da Scrivania Fatto in Casa

BtBox: Un Altoparlante Bluetooth da scrivania per il lavoro

Realizzazione di un classico altoparlante Bluetooth da scrivania.

Inserire foto di Btblx completate con i cornini.

Introduzione:

Abbiamo creato questo altoparlante Bluetooth per arricchire la postazione di lavoro casalinga con uno strumento semplice per ascoltare musica da Spotify o YouTube senza l’uso di auricolari.

Il dispositivo è progettato per riprodurre musica di sottofondo, coprendo vari generi musicali. L’obiettivo è offrire una risposta audio piacevole senza rivolgersi a esigenze “audiofile” particolarmente avanzate.

Le “alternative” (benché non siano reali alternative, sono prodotti differenti ma con uguale scopo) come Google Home mini o Alexa, sono efficaci, ma nell’ottica dell’ascolto da PC, uno speaker Bluetooth ha il vantaggio di consentire un passaggio agile da Spotify a YouTube o alla musica memorizzata nel computer.

Scelte di Progetto:

Il progetto si basa su una cassa compatta (meno di 1 litro) con una coppia di altoparlanti da 2″, configurati in stereo. Il collegamento con il PC è gestito via Bluetooth; non sono presenti controlli, ma solo un interruttore on/off in stile minimale.

L’emissione sonora è di tipo omnipolare; o per lo meno il più vicino possibile ad essa. Vediamo comunque cosa fare, se possibile, per aumentarla: i fullrange anche se da 2″, tendono a diventare sempre più direttivi per frequenze maggiori della lunghezza d’onda calcolata sul diametro dell’altoparlante.

La potenza impiegata è modesta, così come la pressione sonora ottenibile, correlata al tipo di alimentazione scelta: un alimentatore esterno standard da cellulare da parete, con tensione di 5V e corrente di almeno 1A.

Le Conseguenze delle Scelte:

Nell’Altoparlante Bluetooth da Scrivania Fai da Te: le conseguenze delle scelte, sia positive che negative, sono facilmente prevedibili.

Alte Frequenze:

L’emissione sonora omnipolare è una sfida, richiede sforzi per garantire una riproduzione uniforme a tutte le frequenze, essenziale per un Altoparlante Bluetooth da Scrivania Fai da Te.

Basse Frequenze:

Aspettarsi bassi profondi da altoparlanti da 2″ è improbabile, soprattutto se di fascia economica. La scelta di altoparlanti con bassa Fs è difficile, ma possibile. Anche se sotto la Fs, un altoparlante può continuare a suonare, anche se con una tenuta di potenza limitata, aspetto da considerare nel progetto.

Qualità Finale:

Considerando la natura economica dei componenti, è lecito chiedersi se sarà necessario fare aggiornamenti per raggiungere una qualità finale soddisfacente.

Materiali Utilizzati:

I componenti sono disponibili online. Amplificatore da 3+3W, scheda Bluetooth, batteria 18650 con BMS, relè e altri contribuiscono a un setup funzionale. Per la costruzione del case di legno, multistrato e una piccola CNC sono stati utilizzati. Strumenti comuni come trapano, levigatrice e viti sono stati impiegati.

Apertura del Progetto:

Il progetto è flessibile. Non è necessario costruire un dispositivo audio di altissima qualità, ma piuttosto una cassa quotidiana e piacevolmente ascoltabile. Ci sono molte opzioni per personalizzare il progetto, dall’uso di diversi materiali alla scelta di componenti alternativi.

Importanza dell’Equilibrio:

L’obiettivo principale è ottenere un risultato equilibrato. Analizzare e misurare i componenti è fondamentale, intervenendo dove possibile per correggere e ottimizzare le prestazioni. La flessibilità nel cambiare alcuni aspetti del progetto è una risorsa preziosa nel processo di costruzione di un Altoparlante Bluetooth da Scrivania Fai da Te.

Ri-pole Subwoofer

Introduzione

Questo vecchio progetto è basato su due bei woofer Eminence Alpa 15 e sfrutta un’emissione dipolare. Il problema principale di realizzare un subwoofer con emissione dipolare è legato al fatto che il pannello che separa le due emissioni, anteriore e posteriore, dovrebbe essere di dimensioni piuttosto “importanti”, visto che la lunghezza d’onda a 30hz è superiore agli 11 metri. per cui evitare il cortocircuito acustico è ovviamente impossibile (a meno di non avere una bella casa grande).

Per ridurre un po’ le necessità, in questo caso si usa una struttura ripiegata, con i woofer affacciati l’uno verso l’altro, che comunque mantiene il principio di emissione dipolare con un’emissione anteriore ed una posteriore.

Il vantaggio di una struttura fatta così è che permette di:

ridurre gli ingombri (il pannello è equivalente ad una larghezza di più di 200 cm)
avere una forma più gestibile
avere una struttura più rigida
il fatto di avere delle aree di emissione leggermente più piccole della superficie dei woofer, consente di estendere leggermente la risposta in basso, avere un effetto passabasso maggiore, a discapito di una efficienza leggermente peggiore.

Realizzazione

I woofer usati, gli Eminence Alpha 15, sono da considerarsi dei woofer puri e non dei veri subwoofer; hanno un qts molto alto, che permette di essere impiegato in casse chiuse ad alte perdite. Questa caratteristica permette di pensare di utilizzarli anche in un dipolo, anche se con molte limitazioni.

Ovviamente Fs di 40hz, xmax di 3,8mm non consentono di aspettarsi una prestazione entusiasmante, magari forse verrà fuori più un woofer di rinforzo, che un sub, vedremo comunque.

La struttura è realizzata nel classico Mdf da 19mm; la larghezza dei due laterali è esattamente pari alla profondità dei cestelli dei woofer, in modo da irrobustire la struttura. I magneti infatti restano fuori ed una guarnizione posta sul cestello garantisce la tenuta. Gli altoparlanti sono collegati tra di loro da 4 tiranti fatte da barre filettate da 6mm; in questo modo l’accelerazione dei due coni, che “spingono” in direzioni contrarie, si compensa.

La struttura prevede solo un pannello superiore; la parte inferiore non è prevista, ma il suo compito viene svolto dal pavimento (una guarnizione posta sotto consente, più che altro, di mantenere ferma la struttura, visto che non c’è una pressione da contrastare).

Il pannello di Mdf aggiunto dietro serve per tappare il buco previsto per l’amplificatore, un classico Ciare Ysa100, poi sostituito da uno esterno.

Misure

Il sub è misurato a confronto con un sub autocostruito, munito di un woofer da 22 cm della vecchia serie “Tec by Vifa” in cassa reflex. L’amplificazione utilizzata è la stessa, tramite un modulo Ysa100 della Ciare. Si tratta di una misura piuttosto empirica: è stato utilizzato lo stesso ambiente senza però cercare la posizione ottimale per entrambi i sub; la misura è stata eseguita in campo lontano, dalla posizione di ascolto, filtrandola ad 1 ottava.

Tramite il passabasso incorporato nell’amplificatore, sono state fatte due misure, una con il filtro a 50hz e l’altra regolato a 120hz (i due valori massimo e minimo del filtro. Le curve gialla e grigia, a livello più alto, sono ottenute con il sub Tec.
La curva fucsia e rossa, le 2 più basse, sono ottenute con il sub a dipolo con i 2 Eminence.

In ogni caso si può notare che, a parità di regolazioni e di impedenza degli altoparlanti, il livello risulta più basso di più di 20 db, nel caso del sub a dipolo; mentre l’estensione verso le basse frequenze la situazione è simile, con i 30 hz che sono presenti a, indicativamente, –3db.
Questa valutazione non è volta allo studio delle massime performance ottenibili dal dipolo, quanto alla stima delle differenze quantitative che ci possono essere con un subwoofer tradizionale. Ciononostante, nella curva intermedia, di colore arancione, si misura il livello del sub a dipolo aumentando al massimo i livelli, tenendo un limite di sicurezza dell’escursione massima dei 2 woofer.

Conclusioni

Il livello, di pressione massima ottenibile non è elevato, causa la limitata escursione del cono; l’estensione invece non è male, potrebbe andare per un ascolto musicale o ht “moderato”; c’è da dire che comunque un po’ d’aria viene comunque spostata, vista la superficie dei coni.

A mio avviso potrebbe essere una scelta da intraprendere pensando a realizzarne (almeno) una coppia; le dimensioni non sono eccessive, visto che si parla di un cubo di 40cm di lato, mantenendo comunque una emissione dipolare, da abbinarsi ovviamente a altoparlanti di analoga tipologia.

Centrale

Introduzione

Questo altoparlante nasce con l’esigenza di occupare uno spazio ridotto senza perdere in qualità di riproduzione e capacità di gestione del messaggio sonoro. Lungi dalle restrizioni imposte da sistemi Bose e simili, si sfrutta la stessa metodologia di lavoro ipotizzata anche per altri altoparlanti, ovvero:
– utilizzo di woofer di dimensioni medie
– cassa di dimensioni ridotte
– utilizzo della parete posteriore come aiuto per la gamma bassa
– utilizzo di un subwoofer per estendere l’emissione fino ai 30 hz.

L’utilizzo di un woofer da 16.5, come in questo caso, prevederebbe l’utilizzo di una cassa con un volume generalmente attorno ai 20 litri, posizionati in maniera classica. Qui il volume viene ridotto drasticamente, con una cassa le cui dimensioni esterne sono 52x18x10.5, fino a circa 6 litri complessivi (a cui vanno tolti i volumi occupati dai componenti), il che però garantisce un’ottima rigidità strutturale, assumendo forma, proporzioni e peso più di un grosso mattone…
La dimensione del woofer è stata scelta per garantire comunque una discreta efficienza, tenuta in potenza e corpo alle medio basse, meglio ancora sarebbe stato un 20 cm ma avrebbe richiesto qualcosa in più sul fronte del volume e un incrocio con il tweeter più critico; il 13 centimetri sarebbe stata l’alternativa più naturale, perdendo qualcosa solo in tenuta in potenza .

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 Woofer

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;

Sotto ci sono i parametri T&S per la simulazione tramite Winisd o altri strumenti adatti allo scopo.

Adesso si trova solo il modello schermato:

Dayton Audio – DC130BS-4 5-1/4″ Classic Shielded Woofer 4 Ohm

dai parametri sovrapponibili.

Il Tweeter

Il tweeter scelto è un Tangband 25-1166sj, con cupola da 1 pollice e camera di risonanza posteriore; sono modelli anche questi economici ma dalle buone caratteristiche, tra le altre una bassa frequenza di risonanza.

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” RCL per compensare la 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

L’ipotesi

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.

La simulazione

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.

Conclusione

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 po’ 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 tranquillità, scelta che alla fine è stata perseguita in questa situazione.

Il risultato, è un centrale con buona estensione, dispersione controllata, con valida intellegibilità delle voci data dalla combinazione di woofer “piccoli” e tweeter con guida d’onda: il tutto con uno spazio occupato relativamente basso… grazie alla parete!