The Audio Sat 1 (minidiffusore di alte prestazioni)

Fin dalla presentazione su queste pagine degli ormai famosi kit “the audio preamp” e “the audio amp”, era dato per scontato in redazione che prima o poi si sarebbe intrapresa anche la progettazione di un adeguato sistema di altoparlanti. L’obiettivo non sarebbe stato la realizzazione di un sistema commerciale, ovvero più o meno facilmente producibile in serie, o una copia più o meno modificata di qualcosa di già esistente. La presentazione dei dati di progetto delle ESB 7/06 e 7/08, oltre che di kit di diffusori offerti sul mercato da operatori specializzati, non aveva evidentemente lo scopo di sostituirsi a quello che avrebbe dovuto essere il primo sistema di AUDIOreview.

Un sistema audiophile

Uno dei dati di progetto che abbiamo considerato prioritario, è la capacità di riprodurre senza problemi tutte le frequenze audio comprese fra i 20 e i 20.000 Hz. Tale risultato può essere ottenuto in diversi modi, ma facendo qualche rapido conto si evince immediatamente che la soluzione più conveniente è quella della equalizzazione attiva. Il secondo obiettivo considerato fondamentale è la possibilità di sperimentare, con probabilità di successo, diverse installazioni anche in ambienti che le caratteristiche acustiche o geometriche rendono ‘difficili’. Come conseguenza naturale la scelta è caduta su un sistema composto da subwoofer e satelliti di dimensioni contenute, che ha consentito fra l’altro di progettare le due unità in tempi diversi.

Il subwoofer, capace di riprodurre i 20 Hz a “0 dB”, dotato di una adeguata ed elevata dinamica e di dimensioni ragionevoli, è già stato presentato sui numeri di novembre e dicembre 1984 di AUDIOreview e si chiama “the audio bass”.

Una coppia di satelliti ed un audio bass avrebbero in seguito costituito un completo sistema di trasduzione di qualità elevata, costo ragionevole e facile riproducibilità da parte degli autocostruttori.

I satelliti

La configurazione base dei satelliti era già stata decisa da gennaio ’85; sui numeri di AUDIOreview di febbraio e marzo è anche apparsa una foto di presentazione, dalla quale i lettori più attenti hanno già potuto evincere quali sono gli altoparlanti utilizzati: il tweeter Kef T 33-A ed il woofer Focal 5N 402-DB.

Qualcuno ci ha chiesto perché non abbiamo utilizzato come woofer il glorioso B-110. Un confronto diretto dei due altoparlanti ha messo subito in evidenza il magnete molto più massiccio del Focal, mentre una rapida indagine ha dimostrato la sua superiore capacità di escursione e completa assenza di problemi di “‘ bottoming” (cioè di urti a fondo corsa). In particolare poi il woofer Focal scelto è dotato di due bobine mobili, che consentono interessanti varianti progettuali mediante le quali si può “tarare” la timbrica con un buon margine di libertà. Ce n’era quasi abbastanza per giustificare una scelta, anche senza aspettare i risultati delle misure.

I dati tecnici dimostrano peraltro che il B-110 preferisce funzionare in sistemi chiusi e che, per una soluzione reflex come quella da noi prevista, il volume necessario risulterebbe eccessivo.

Fra le ipotesi iniziali di progetto non abbiamo ancora citato quella che a mio parere è la più vincolante, ovvero: due satelliti degni di questo nome devono essere in grado di funzionare anche come sistemi autonomi, con una risposta estesa ed elevata potenza applicabile. Tale categorica affermazione è motivata dalla stessa ragione di esistere di un sistema subwoofer-satelliti: il sistema viene diviso in più elementi specializzati per rendere possibile una installazione in ambiente articolata in più posizioni, anche molto distanti.

Condizione inderogabile perché tale separazione non produca danni insopportabili alla riproduzione è che la frequenza di incrocio fra il sub e i satelliti sia inferiore ai 200 Hz; provare per credere.

In alcuni ambienti d’ascolto, poi, si riesce ad ottenere il risultato desiderato solo filtrando i satelliti in modo molto blando ed “aggiungendo” il contributo del subwoofer per estendere la risposta. Ne deriva che un satellite dalla risposta tagliata al di sopra dei 100 Hz vedrebbe drasticamente ridotte le sue probabilità di essere installato in modo da fornire risultati accettabili.

La condizione appena esposta comporta l’ulteriore vantaggio, certamente non trascurabile, che, essendo progettati in questo modo: i satelliti di A UDIOreview sono perfettamente in grado di funzionare come mini-casse autonome da 100 watt ciascuna.


Gli altoparlanti

Del woofer 5N 402-DB si è già detto, le sue caratteristiche tecniche dichiarate sono riportate in Fig. 1. La Focal prevede che la seconda bobina mobile sia alimentata tramite una induttanza da 3 mH (3 milliHenry) di cui non è indicata la resistenza, e fornisce tutte le specifiche rilevate in questa condizione. Le misure che abbiamo condotto alimentando una sola bobina per volta (con l’altra aperta) hanno fornito i dati riportati in Fig. 2 che sono risultati, come previsto, identici per entrambe le bobine.

Figura 1 -1 dati dichiarati del woofer Focal 5N 402-DB sono stati rilevati dal costruttore alimentando una bobina mobile direttamente e l’altra tramite una induttanza di 3 mH.
Figura 2-1 parametri del woofer Focal rilevati facendo uso del programma Bass 64. Durante la misura la seconda bobina mobile era completa mente scollegata.

I dati non influenzati dalle diverse condizioni di funzionamento, come la massa (Ms), la elasticità delle sospensioni (Cms) ed il fattore di merito meccanico (Qms) sono risultati estremamente simili ai dati dichiarati, che avrebbero potuto essere utilizzati direttamente per il progetto. In particolare, la stampa di Fig. 3 mostra come il programma Bass 64 (o Bass Spectrum, o Bass Apple di prossima pubblicazione) possa essere utile anche in questi casi. Immettendo i dati dichiarati di diametro equivalente, frequenza di risonanza, resistenza di una bobina mobile, massa dell’equipaggio mobile, cedevolezza delle sospensioni, fattore di merito meccanico, e variando il dato di Qes da 0,25 a 0,5 (come da formula pubblicata sul n. 36) per tenere conto di una Re (resistenza bobina mobile) dimezzata nel caso di collegamento in parallelo, si ottiene per il BL un dato di 6,05 [N/A] contro il 6,03 misurato direttamente. Il dato di 10,7 dichiarato dalla Focal appare quindi riferito ad un eventuale uso con le due bobine in serie.

Figura 3 – Parametri del 5N 402-DB ottenuti con il programma Bass 64 a partire dai dati dichiarati, ipotizzando il collegamento di una sola bobina (vedi testo).

Quanto al tweeter KEF T 33-A deve la scelta a quattro ragioni principali: la risposta estesa senza attenuazioni fino ad oltre i 20 kHz, la efficienza dichiarata di quasi 89 dB/W (vedi Fig. 4), la possibilità di funzionare senza problemi con una frequenza di incrocio adatta all’abbinamento al Focal (3 kHz per una potenza massima dichiarata di 100 watt) e la configurazione a cupola morbida da 1 pollice con flangia piatta, che fa supporre prestazioni musicali di ottimo livello.

Figura 4 – Dati Kef T 33-A ottenuti a partire da valori dichiarati dal costruttore. Per il dato di livello acustico viene supposta una emissione su 2 pigreco steradianti.


Il reflex


La scelta del sistema reflex è stata determinata dalla volontà di ridurre al minimo l’escursione del cono del piccolo woofer/midrange senza limitare la estensione della risposta. Mentre infatti in un sistema a sospensione pneumatica la escursione del cono è univocamente determinata dalle sue dimensioni, dalla potenza applicata e dall’andamento della risposta prescelto (vedi AUDIOreview n. 33, p. 59), per il reflex la cosa si fa più articolata. In particolare, alla frequenza di accordo la escursione raggiunge un minimo e si mantiene su valori inferiori a quelli di una cassa chiusa che emettesse lo stesso livello acusti
co (dotata dello stesso altoparlante) per un ampio tratto (Fig. 5).

Figura 5 – Curva A: risposta di una cassa boss-reflex. Curva B: risposta della stessa cassa con il condotto di accordo chiuso. Curva C: escursione del cono nella condizione “reflex”. Curva D: escursione del cono nella condizio ne “chiusa”.

Allo scopo di ridurre la velocità dell’aria alle sezioni terminali, per la sezione del condotto abbiamo scelto un andamento esponenziale. La sezione centrale ha una superficie equivalente ad un tubo cilindrico di 51 mm di diametro, mentre quelle terminali equivalgono ad un diametro di 97 mm, pari all’85% di quella del cono dell’altoparlante. La quasi completa eliminazione di ogni fenomeno di turbolenza, anche ad alta potenza, ha ridotto enormemente i rumori in uscita dal condotto, ma per renderli ancora meno udibili abbiamo
deciso di praticare la apertura posteriormente al mobile. In conclusione la esistenza del condotto si rivela solo a chi esamina la cassa anche posteriormente. Il quantitativo di assorbente acustico interno è stato determinato sperimentalmente per ottenere un certo incremento del volume equivalente del mobile ed il desiderato smorzamento alla frequenza di accordo (QL =4).

Il quantitativo e la disposizione adottati effettuano anche un ottimo assorbimento delle frequenze medie emesse posteriormente dal woofer, non permettendo la nascita di rimbombi. La parte teorica del progetto del reflex sarà trattata il prossimo mese.

Il pannello frontale

Per garantire un ascolto esente da problemi sia per posizioni non esattamente centrali che a più di un ascoltatore contemporaneamente (ad esempio due) è indispensabile che gli altoparlanti siano allineati verticalmente. Questa disposizione, che negli ultimi anni è stata scelta dalla maggioranza dei progettisti più seri, ha il vantaggio di consentire l’orientamento in fase di progetto dell’asse acustico lungo il quale avviene la corretta somma delle emissioni di woofer e tweeter. All’ascoltatore non resta che installare i satelliti ad una altezza tale da portare i tweeter alla stessa quota delle orecchie ed il risultato è garantito, anche in stereo e per posizioni un poco fuori asse.

Nell’audio sat, come vedremo il prossimo mese, il tweeter è stato arretrato elettricamente per compensare la profondità del cono del woofer ed orientare l’asse di massima emissione, alla frequenza di incrocio, leggermente verso l’alto rispetto alla perpendicolare al pannello frontale.

Il montaggio previsto per i due altoparlanti è afilo del pannello. Questa scelta è determinata dal fatto che la discontinuità nell’impedenza di radiazione causata dallo “scalino” fra la flangia e il piano di montaggio provocherebbe evidenti perturbazioni della risposta in frequenza. La posizione disassata è tale da ottimizzare l’assorbimento della emissione posteriore del woofer e contemporaneamente minimizzare gli effetti della diffrazione ai bordi; chi desiderasse ridurla ulteriormente potrà procedere anche ad un arrotondamento
degli spigoli del mobile, che può avere (almeno sulla carta) un qualche ulteriore effetto benefico. Per il filtro di crossover è stato riservato uno spazio esterno dietro al mobile. In questo modo qualsiasi ispezione, intervento di assistenza, sostituzione fusibili, modifica o aggiornamento vengono enormemente facilitate. Lo schema e le caratteristiche costruttive del crossover verranno pubblicati anch’essi il prossimo mese.

di Renato Giussani e Mauro Neri


da AUDIOreview n.38 aprile 1985

Author: Redazione

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