Pilotaggio in corrente degli altoparlanti [parte 4]

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Sistemi a risposta coerente (seconda parte)

Nella scorsa puntata abbiamo visto come è possibile, grazie al pilotaggio in corrente, ottenere un sistema elettroacustico di ordine zero, ovvero un sistema che, in un certo tipo di ambiente,  riproduca esattamente in termini di pressione acustica, ampiezza e fase il segnale elettrico in uscita dalla sorgente del segnale. È immediato concludere che un tale sistema sfoggerà anche una ottima risposta ai transitori. Altrettanto evidente è il fatto che, attualmente, non esiste nulla che possa vantare simili prestazioni. Nel presente articolo mostreremo come procedere per realizzare e mettere a punto un sistema pilotato in corrente.

 

La tecnica della risposta coerente (che nelle modalità in cui è stata da noi attuata è valida per le frequenze medio-basse, non dimentichiamolo), si presta a tre applicazioni, fondamentalmente:

  1. Subwoofer.
  2. Diffusori a più vie, dove la via più bassa è pilotata in corrente e quella alta in tensione.
  3. Diffusori a più vie pilotati totalmente in corrente.

Mentre le prime due strade possono essere percorse già adesso con risultati molto probabilmente validi, la terza pone dei dubbi di qualche rilievo: proprio per questo motivo abbiamo preferito puntare direttamente sulla soluzione n. 3. Cominciamo ad analizzare i problemi relativi al box.

Dimensionamento del box

Abbiamo visto come la teoria presentata nella precedente puntata permetta di ottenere un sistema di ordine zero partendo da un altoparlante montato in cassa chiusa. La domanda sorge spontanea: e il reflex? Il radiatore passivo? La linea di trasmissione? Per questi sistemi di caricamento occorrerà aspettare ancora un po’, e comunque non è detto che si riesca a trovare una soluzione soddisfacente dal punto di vista matematico. Certamente non si potrà più avere un sistema di ordine zero, in ogni caso, ma probabilmente del secondo ordine come minimo.

Sarà invece possibile accordare il reflex a frequenze insolite, ad esempio molto inferiori alla risonanza dell’altoparlante montato in una cassa chiusa di analoghe dimensioni. Per ora, comunque, ci dobbiamo accontentare di sistemi non accordati.

La differenza sostanziale rispetto ai comuni sistemi di questo tipo è che, in teoria, qualunque altoparlante montato in qualunque box può essere corretto agendo sui due trimmer. Per cui è addirittura possibile riciclare, in via provvisoria, i propri diffusori reflex otturandone il condotto e modificandone il filtro. Non male, eh? Se poi, invece, cerchiamo vera mente il massimo, allora è un altro di scorso. Il dimensionamento deve essere effettuato tenendo presente il campo di utilizzo del sistema. Se vogliamo avere una risposta molto estesa in basso con verrà dimensionare il box con abbondanza di volume. Beninteso: in ogni caso il sistema sarà di ordine zero, tuttavia cambierà molto la corrente che dovremo fornire al woofer per vincere la costante elastica k vista dalla bobina, alle frequenze molto al di sotto della risonanza. Difatti più piccolo è il volume del box e più grande è k. È evidente che, con grandi correnti, rischierei di bruciare la bobina o di saturare il circuito magnetico, come minimo.

Se invece ho più a cuore la tenuta in potenza a frequenze leggermente più alte (stiamo sempre parlando di frequenze al di sotto dei 100 Hz), allora conviene avere un volume più ridotto: in pratica dobbiamo decidere qual è il limite inferiore del programma musicale che vogliamo riprodurre, e lì porre la risonanza del sistema. Vale comunque sempre il discorso secondo cui, se il box è molto grande e/o allungato, si possono generare onde stazionarie anche all’interno del box e,
fra l’altro, un altoparlante pilotato in corrente quasi certamente risentirà maggiormente di questi problemi (sempre a causa del basso smorzamento intrinseco) rispetto allo stesso pilotato in tensione, per cui abbiamo un buon motivo per rendere molto smorzato il box.

Per ottimizzare il volume del box posso tranquillamente utilizzare WinBass, anche se questo programma è espressamente pensato per sistemi pilotati in tensione, perché la frequenza di risonanza dell’altoparlante montato in cassa è la stessa in ambedue i sistemi di pilotaggio. Se, inoltre, vogliamo studiare anche lo smorzamento del sistema, basterà porre in serie alla bobina una resistenza di valore molto elevato: in tal modo simuleremo abbastanza bene il pilotaggio in corrente.

Nel nostro caso abbiamo utilizzato un volume di 12 litri circa, ovvero poprio quello consigliato per realizzare un allineamento reflex B4 con il PI 7, anche se un volume intorno ai 20 litri sarebbe sicuramente stato più opportuno. In ogni caso non ci sono stati problemi.

Caratteristiche del woofer

È ovvio che non posso pensare di avere una bassa frequenza di risonanza globale se l’altoparlante ha una risonanza in aria libera molto alta. Inoltre è inutile cercare di abbassare la frequenza di risonanza in cassa di altoparlanti con xmax pari a 1 mm o meno: deve comunque trattarsi di altoparlanti con grande escursione lineare. Inoltre non guasterà avere una tenuta in potenza elevata (inutile sperare di riprodurre frequenze bassissime con alto parlanti da 10-20 W: io stesso ne ho distrutti circa 4): almeno 70 W RMS.

Dulcis in fundo, lo smorzamento: orfani del compianto smorzamento elettrico disponibile nel pilotaggio in tensione, nel pilotaggio in corrente lo smorzamento meccanico deve essere il più alto possibile. Qualcuno obietterà che, basso o alto che sia questo smorzamento, si riuscirà comunque ad avere una taratura ottimale del sistema agendo sui due trimmer di regolazione: questo è vero, ma è anche vero che qualora intervenga una deriva di qualche genere delle caratteristiche del sistema (break-up della sospensione, variazioni notevoli di temperatura, ecc.) un sistema smorzato darà luogo a piccoli scostamenti dalla risposta ideale, mentre un sistema poco smorzato no (v. anche AR 158, pag. 60). Quindi sempre meglio scegliere altoparlanti con Qms molto basso. Inoltre, questo è un ulteriore motivo per prevedere un abbondante riempimento del volume del box con materiale smorzante.

Caratteristiche del tweeter

Un tweeter da pilotare in corrente deve possederre soprattutto un’impedenza di valore il più possibile costante, dato che un incremento di impedenza equivale ad un incremento della pressione acustica emessa, e che la corrente erogata dal l’amplificatore è indipendente dall’entità del carico. Oppure, meglio ancora, dovrebbe avere la curva di risposta a tensione costante e la curva dell’impedenza complementari, ovvero dove l’una aumenta l’altra si attenua.

Gli altoparlanti impiegati

In questo caso abbiamo utilizzato dei Seas P17 RCY (ricordate «The Audio Speaker»?) per la via bassa e una coppia di Dynaudio D28/2 per la via alta. Non si tratta di altoparlanti selezionati appositamente, ma di quelli disponibili nei paraggi al momento in cui si è deciso di
montare una coppia di diffusori di assaggio. Possiamo comunque notare che il P1 7, pur essendo un mid-woofer destinato a lavorare prevalentemente sopra ai 60 Hz, se la cava egregiamente anche a frequenze più basse, se pilotato in corrente, soprattutto grazie alla buona escursione massima (±3 mm in condizioni di piena linearità, ma fino a ±5÷6 mm accettando un certo livello di distorsione).
Il D28/2 è un componente robusto e dal suono delicato, senza asprezze indesiderate, con un andamento dei grafici dell’impedenza e della risposta in frequenza non eccessivamente tormentati.

Il cross-over

Un grosso problema da affrontare è il progetto del cross-over che separa le due vie del nostro sistema. Nel caso del pilotaggio in tensione i cross-over si dividono in serie e parallelo, oltre alla distinzione in base all’ordine del taglio effettuato. Quello di tipo parallelo è normalmente preferito per via del fatto che, entro certi limiti, posso pensare che le due vie siano alimentate da due generatori di tensione
separati. Questo è tanto più vero quanto più bassa è l’impedenza dei cavi e dell’amplificatore. Si può migliorare ulteriormente la separazione con la pratica del bi-wiring. Nel pilotaggio in corrente la situazione è molto diversa. Facciamo un confronto fra i due sistemi di pilotaggio:

PILOTAGGIO IN TENSIONE.

Figura 1 - Classico crossover parallelo per sistema due vie pilotato in tensione.

Figura 1 – Classico crossover parallelo per sistema due vie pilotato in tensione.

Il cross-over di tipo parallelo (fig. 1) è tale da prelevare corrente dal generatore solo nella banda di frequenze che interessa far giungere all’altoparlante. Lo scollegamento completo di una via ha piccole ripercussioni sull’altra via, per cui è possibile progettare ed anche pro-Il cross-over di tipo serie non permette questo: le due vie sono dipendenti elettricamente, per cui il sistema va progetta to e provato tutto insieme.
PILOTAGGIO IN CORRENTE.

In questo caso è il cross-over di tipo serie (fig. 2) che permette di avere un parametro in comune fra le due vie, ossia la corrente. I vantaggi sono esattamente gli stessi del cross-over parallelo nel pilotaggio in tensione. In pratica il filtraggio di ogni via avviene in base al metodo dello shunt: viene prelevata tensione solo alla banda di frequenze che interessa, le altre sono cortocircuitate. Per misurare la risposta di un singolo altoparlante basta cortocircuitarne la relativa via. Possiamo quindi sottolineare questa circostanza: il crossover parallelo sta all’amplificatore di tensione come il crossover serie sta all’amplificatore di corrente.

Figura 2 - Crossover serie per sistema due vie pilotato in corrente.

Figura 2 – Crossover serie per sistema due vie pilotato in corrente.

Il cross-over di tipo parallelo presenta degli svantaggi, primo fra tutti la dipendenza elettrica fra le due vie: la ripartizione della corrente avviene in base all’impedenza presentata verso il genera tore dalle due vie.

Per quanto riguarda l’ordine del filtro abbiamo pensato di provare con il secondo, salvo poi variare questo parametro se necessario.

La simulazione del sistema su WinCross

La simulazione su WinCross ha evidenziato subito un grosso problema: non sono previsti (nell’attuale release) i filtri serie. Abbiamo perciò dovuto sfruttare un piccolo trucco: se disponiamo le due vie in parallelo (anziché in serie) e poniamo in serie a ogni via una resistenza di valore abbastanza alto, ad esempio 1000 ohm, e le pilotiamo in tensione, otterremo che ogni via sarà percorsa dalla stessa corrente, proprio come nel caso del pilotaggio in corrente di un sistema filtrato in serie (vedi fig. 3). L’unica differenza rilevante sarà nel livello di uscita, ma in una scala bilogaritmica avremo una traslazione verso il basso della curva di risposta in frequenza di qualche decina di dB, il che è ampiamente sopportabile.
Nell’apposito box troviamo un approfondimento dell’argomento.

Figura 3 - Escamotage circuitale che consente la simulazione al computer di un sistema pilotato in corrente con crossover serie, qualora sia possibile simulare soltanto dei crossover parallelo e/o generatori di tensione. Con questo trucco qualunque programma pensato per il pilotaggio in tensione e i filtri parallelo va bene.

Figura 3 – Escamotage circuitale che consente la simulazione al computer di un sistema pilotato in corrente con crossover serie, qualora sia possibile simulare soltanto dei crossover
parallelo e/o generatori di tensione. Con questo trucco qualunque programma pensato per il pilotaggio in tensione e i filtri parallelo va bene.

Taratura dei trimmer di regolazione del correttore di risposta

E veniamo al punto dolente del pilotaggio in corrente: la taratura. Effettuare la taratura del sistema alle frequenze medio-basse con un fonometro è cosa di pochi minuti, mentre con i mezzi a disposizione dell’appassionato è un’impresa ardua: proveremo ugualmente a fornire vari metodi a seconda della diversa disponibilità di strumenti e di finanze.

Osserviamo anzitutto che un banale fonometro può essere realizzato con una capsula microfonica di qualche genere e un oscilloscopio, salvo poi sperare che la capsula abbia un comportamento abba-stanza uniforme alle basse frequenze, altrimenti è inutile. Anche i microfoni veri e propri non sono adatti, dato che normalmente sono pensati per la voce, per cui alterano la gamma bassa. Gli unici
microfoni validi sono quelli per strumenti musicali, ma normalmente hanno costi che partono dal mezzo milione circa. E allora? Un’idea potrebbe essere quella di tarare il proprio microfono (di qualunque tipo) in modo da conoscere esattamente la sua risposta in frequenza, ma questo prevede di avere un fonometro tarato. E meglio rivolgersi ad altri sistemi, che vedremo dopo.

Un altro sistema di misura sicuramente valido può prevedere l’impiego di un PC con installata una buona scheda audio e un programma per analisi FFT. È indispensabile, in questo caso, procurarsi o costruire un amplificatore microfonico di buona qualità, adatto ad alimentare correttamente le capsule electret (alimentazione «phantom»), che sono ormai le più diffuse viste le buone prestazioni offerte a prezzi ragionevoli.

Occorre prestare grande attenzione nell’installazione della scheda audio: è facile commettere errori, dato il gran numero di parametri da settare e controllare. La cosa più difficile è evitare che la scheda modifichi la curva di risposta del microfono con dei filtri interni, che spesso non possono neanche essere disattivati. In questo caso converrà comunque mandare in ingresso alla scheda un segnale proveniente da un generatore di buona qualità o da un CD con segnali campione, modificando i controlli per avere una sicura linearità.

Una volta tarato il sistema di misura si manderà in ingresso all’amplificatore del rumore rosa preso, ad esempio, da un CD contenente
segnali test. Avviando la procedura di calcolo FFT potremo ammirare la risposta in frequenza del nostro sistema (v. anche AR 163 pag. 86).

Passiamo ora ad analizzare la taratura effettuata con il fonometro.

Taratura con fonometro

La taratura si svolge in 4 fasi e richiede, oltre al fonometro, un generatore di forme d’onda sinusoidali di buona fattura. Inoltre, la capsula microfonica dovrebbe essere posizionata nei pressi della membrana, diciamo a 5÷1O mm (misurazione in campo vicino) e, dulcis in fundo, sarebbe meglio effettuare il tutto su un balcone o in un piazzale, in quest’ultimo caso con gli altoparlanti diretti verso l’alto.

Vediamo le singole fasi in cui possiamo dividere l’operazione:

  1. Si annulla la rotazione dei trimmer di k/m e c/m (ricordiamo che k è l’inverso della cedevolezza della sospensione, m è la massa mobile e e il coefficiente di smorzamento dell’altoparlante). Spostiamo la frequenza del generatore ai valori più elevati ai quali si può ancora supporre che l’altoparlante funzioni come una sorgente puntiforme (300÷600 Hz): a queste frequenze l’influsso della risonanza meccanica dell’altoparlante sarà minimo, mentre ancora non dovrebbero avvertirsi gli effetti del passaggio da un regime acustico all’altro. In pratica, si tratta di aumentare la frequenza (partendo da fb) fino a che l’emissione non si stabilizzi su un ben preciso valore asintotico. A questo punto o ci scriviamo il livello di pressione sonora emesso, oppure ritocchiamo il livello di uscita del generatore per avere un livello prefissato. Da questo momento in poi sarà meglio porre molta attenzione a non muovere la capsula microfonica rispetto al woofer, a non sostare nei paraggi della stessa (si originerebbero riflessioni che varierebbero il livello
    misurato) ed a non produrre rumori inutili.
  2. Ricerca della frequenza di risonanza fb dell’altoparlante: si annulla la rotazione dei trimmer di k/m e c/m (ricordiamo che k è l’inverso della cedevolezza della sospensione, m è la massa mobile e e il coefficiente di smorzamento dell’altoparlante), dopodiché si varia la frequenza del generatore di segnale fino ad ottenere un massimo dell’indicazione del fonometro. In realtà, su un oscilloscopio doppia traccia, si potrebbe andare ad osservare anche la rotazione di fase dell’oscillazione della membrana: siamo alla risonanza quando la fase ha ruotato di 90° in ritardo rispetto alla fase misurata alle bassissime frequenze. A frequenze ancora più
    alte la fase si sposterà in ulteriore ritardo fino ad avvicinarsi ai 180°.
  3. Ricerca della posizione del trimmer k/m che consente di avere la minima emissione da parte del woofer: ruotando k/m troveremo una posizione del trimmer alla quale il woofer non emette quasi alcun suono. Ricordiamo che √(k/m) è proprio la pulsazione di risonanza ωb dell’altoparlante, per cui è possibile tarare il potenziometro direttamente in Hz, volendo.
  4. Rotazione del trimmer c/m fino al raggiungimento del livello asintotico della pressione acustica. Giunti a questo punto l’emissione del sistema dovrebbe essere quasi perfettamente uniforme dalle bassissime frequenze fino alla transizione del regime acustico, nel nostro caso a 600 Hz circa. Uniforme significa scostamenti massimi attorno ai 0.5 dB, e scusate se è poco. La misurazione alle basse
    frequenze è molto facilitata se il segnale di pilotaggio è ridotto, al punto da riuscire a malapena ad ascoltare il suono emesso. In questo modo il P17 della prova scende (con poca distorsione) fino a circa 25 Hz, mentre se ce ne infischiamo della distorsione possiamo scendere fino a 17 Hz. Notiamo che non esiste una vera e propria frequenza di taglio, in quanto la possibilità di scendere in basso del woofer è stroncata soltanto dalle sue caratteristiche costruttive, ovvero dal diametro effettivo e dalla escursione massima lineare; in conclusione il nostro limite in gamma bassa è dettato dall’insorgere della distorsione, ed è ovviamente dipendente dal livello di riproduzione.

Se, infine, ci fosse ancora qualche discrepanza con la risposta teorica, allora potremmo eseguire qualche ulteriore aggiustamento. Vediamo come.

Taratura fine

Se il livello varia soltanto nella zona intorno alla risonanza, basta ritoccare c/m. Se invece c’è un dislivello fra le frequenze sotto alla risonanza e quelle al di sopra, occorre ritoccare k/m. Ripetere il tutto fino al raggiungimento di un risultato decente.

Taratura senza fonometro

La taratura senza fonometro si può effettuare in vari modi, dipendendo molto dagli strumenti a disposizione. È bene sottolineare che è facilitata in sistemi ben smorzati, mentre sistemi poco smorzati potrebbero dare dei problemi.
Innanzitutto si può effettuare «ad orecchio», seguendo esattamente il metodo visto per la taratura primaria con fonometro. Ovviamente serve perlomeno il generatore di forme d’onda. Sulla buona riuscita dell’operazione, non garantisco: non vi stupite se, misurando il sistema regolato in tal modo, vi accorgete di oscillazioni della risposta in frequenza di oltre 5 dB.

Un altro metodo può consistere nel tarare i potenziometri di regolazione di k/m direttamente in Hz, e questo si può fare calcolando il valore di resistenza relativo ad una certa frequenza, ruotando il potenziometro (scollegato dal circuito) fino ad ottenere quel certo valore di resistenza e segnando in qualche modo la posizione ottenuta. Promettiamo di fornire le formule per il calcolo (per chi non se le vorrà ricavare da sé, cosa peraltro facile) al momento della presentazione del kit relativo al correttore di risposta. Una volta misurata la frequenza di risonanza dell’altoparlante in cassa si potrà posizionare il potenziometro alla posizione corrispondente a quella frequenza, ed il gioco è fatto. Posso anche ricontrollare con il tester il valore di resistenza raggiunto, per essere più sicuro.

Per c/m, vista la scarsa attendibilità delle misure sullo smorzamento, dovremo procedere ad orecchio. E da notare che, pur non potendo utilizzare una capsula microfonica qualsiasi per la taratura di k/m, potremmo utilizzarla per misurare c/m: di solito queste hanno un andamento della risposta abbastanza uniforme alle basse frequenze, anche se non presentano una risposta piatta, per cui potremmo utilizzarle per mettere in luce un «buco» od un «picco» di risposta dovuti alla imperfetta taratura di c/m, e regolarci di conseguenza. Fare attenzione al fatto che i microfoni da voce veri e propri, invece, potrebbero avere una risposta poco uniforme.

 

Filtraggio della risposta alle basse frequenze

Mentre finora abbiamo parlato di tarature, ovvero di quelle operazioni che, una volta effettuate, non si dovrebbero ripetere tanto presto, ora parleremo degli interventi che si possono effettuare di volta in volta per ascoltare al meglio ogni singolo brano. Intendiamoci bene: non stiamo dicendo che dobbiamo per forza smanettare trimmer e ponticelli vari tutte le sante volte che decidiamo di ascoltare musica! Piuttosto possiamo decidere se lasciare il sistema in una condizione in cui non darà mai problemi, qualunque sia il brano musicale che noi decidiamo di riprodurre, oppure se, di volta in volta (comunque molto meno di quanto possiate immaginare), aggiustare l’estensione della risposta in modo da prolungarla più o meno ampiamente verso le basse frequenze. Infatti è vero che possiamo avere anche una risposta completamente «fiat», ma è anche vero che un altoparlante di dimensioni ridotte non riuscirà mai a produrre pressioni acustiche elevate a frequenze bassissime (20+30 Hz, per intenderci). L’esperienza mostra che l’80+90% dei brani permette di lavorare in «fiat» ad alto volume anche con il sistema qui presentato, una parte dei brani impone una certa riduzione del volume, infine alcuni brani non si possono ascoltare affatto: sono quelli che contengono massicce quantità di segnali con frequenza intorno ai 18+30 Hz. In questo caso
non rimane altro da fare che filtrare opportunamente il segnale in ingresso.

Un tipo di filtraggio che permette, con il sistema di diffusori in esame, di tenere testa a tutte le situazioni normali potrebbe avere una frequenza di taglio intorno ai 40-=-45 Hz ed una pendenza di 12 dB/oct, mentre per un uso più violento (volumi di ascolto vicini al limite delle possibilità degli altoparlanti) sarà bene innalzare la frequenza di taglio fino a 60 Hz ed anche oltre. Per il coefficiente di smorzamento possiamo agire come meglio crediamo, ma Q = 0.7 dovrebbe essere un valore adeguato. Si potrebbe utilizzare anche un filtro del primo ordine, ma vedremo fra poco che il filtro del secondo ordine ha un grosso vantaggio.

Quanto detto vale, naturalmente, per ambienti molto grandi, o meglio per un «ambiente aperto ideale». Per ambienti di dimensioni ridotte (esempio: col sistema di diffusori qui presentato il problema si pone per stanze di dimensione massima minore di 4 m) dobbiamo tenere presente il passaggio fra due diversi regimi acustici: al di sotto di una certa frequenza avremo, infatti, il funzionamento a pistone o «Regime acustico n. 1», come lo abbiamo definito la volta scorsa.

Anche se non è una soluzione teoricamente rigorosa, si può migliorare la situazione con l’uso di un filtro del secondo ordine accordato sulla frequenza fondamentale dell’ambiente, che può essere tranquillamente anche lo stesso filtro utilizzato per il taglio delle frequenze bassissime. In questo modo eviteremo una strabordanza delle stesse, che altrimenti sarebbe avvertibile. Per la verità, in ambienti di piccole dimensioni il filtro del secondo ordine non andrebbe mai disinserito, regolandolo su una frequenza di taglio pari alla frequenza fondamentale della stanza nel caso che vogliamo avere una risposta ragionevolmente «fiat», e più alta nel caso che vogliamo avere una
maggiore tenuta in potenza. Le eventuali onde stazionarie (immancabilmente presenti) possono essere ridotte convenientemente giocando sul fattore di merito del filtro: maggiore è l’entità delle onde stazionarie e tanto più basso dovrà essere il Q: inutile dire che questa regolazione riesce molto meglio con l’ausilio di un fonometro.

Questo è il diffusore utilizzato per le prove. La costruzione è in medite di spessore pari a 19 min, l'incollaggio è stato effettuato con collante poliacetovinilico. Il pannello posteriore è smontabile per facilitare le modifiche al materiale assorbente posto all'interno, il crossover è posto all'esterno.

Questo è il diffusore utilizzato per le prove. La costruzione è in medite di spessore pari a 19 min, l’incollaggio è stato effettuato con collante poliacetovinilico. Il pannello posteriore è smontabile per facilitare le modifiche al materiale assorbente posto all’interno, il crossover è posto all’esterno.

Si ribadisce che questo tipo di approccio al problema non può essere definito rigoroso, però dovrebbe «mettere una pezza» fino a quando lo stesso non sarà stato risolto in qualche modo.

Impressioni di ascolto

Non è facile dire come suona un sistema creato da noi stessi: «ogni scarrafone è bello a mamma soja», dicono a Napoli. Se però mi baso sui commenti delle persone che lo hanno ascoltato, è tutto più facile: la cosa che colpisce di più è l’estensione verso il basso della risposta,
ma soprattutto la grande velocità e pulizia delle prime ottave. Al Top Audio, dove è stato esposto, qualcuno è arrivato a dire che questa era la vera novità del Top Audio, e di solito le persone che entravano nella saletta pensavano che fossero collegati dei subwoofer. Io,  personalmente, ne apprezzo la perfetta resa delle percussioni (a cui i sistemi bass-reflex danno invece una tipica coloritura) e degli
strumenti a corda, ad esempio il contrabbasso.

Sviluppi futuri

Prossimamente presenteremo almeno un sistema pilotato in corrente in kit comprendente: due diffusori due vie in cassa chiusa (con altoparlanti diversi da quelli qui utilizzati), cross-over serie, correttore di risposta multifunzionale, amplificatore The Smart Audio Driver configurato per il pilotaggio in corrente (ricordiamo che questo amplificatore è l’unico attualmente in commercio a prevedere questa
possibilità). Tale kit avrà un’impostazione economica, utile magari per avere una prima idea della validità della soluzione adottata, mentre più avanti ci occuperemo di un sistema «no-compromise», seppure a costi comunque non esorbitanti.

Nulla impedisce però di realizzare un sistema per conto proprio, magari con altoparlanti già in proprio possesso. Si può addirittura utilizzare un sistema reflex, non prima di aver chiuso il condotto inqualche maniera, però. Ovviamente il crossover non sarà più adatto, soprattutto per il diverso allineamento dei due altoparlanti a seconda del pilotaggio utilizzato; tuttavia, anche utilizzando temporaneamente un normale filtro parallelo nato per il pilotaggio in tensione, non si dovrebbe rompere niente (anche se non è del tutto garantito…). La cosa migliore da fare è riprogettare il cross-over nel modo che abbiamo descritto. Se poi abbiamo a disposizione un sistema che monta già i componenti utilizzati in questo articolo, meglio ancora: anche se il volume del box non è identico a quello da noi utilizzato, non è il caso di preoccuparsi troppo, visto che comunque poi aggiusteremo tutto in fase di taratura del correttore di risposta. L’importante è che non sia minore di 12 litri. Quello che realmente conta, ora, è che il pilotaggio in corrente venga fatto proprio da un certo numero di persone e sviluppato, sia per proprio conto che in collaborazione. Il punto che ora più ci preme portare avanti, fra tutti, è lo studio delle cause di deriva delle prestazioni musicali di tali impianti. Difatti siamo d’accordo che un impianto pilotato in corrente possa dare buone prestazioni nel periodo appena successivo alla taratura strumentale, ma dopo un anno? Questo è appunto ciò di cui ci stiamo occupando, e ci farebbe piacere conoscere le conclusioni a cui giunge rete Voi riguardo a questo ed altri argomenti.

 


Realizzazione tramite WinCross del filtro crossover di un sistema pilotato in corrente

La prima cosa da fare è procurarsi la simulazione della risposta degli altoparlanti utilizzati, ovvero i file con estensione .crw. Noi abbiamo simulato la risposta basandoci eminentemente sui dati forniti dalle case costruttrici.

Figura 4 - Simulazione della risposta in frequenza, fase e impedenza del P17RCY.

Figura 4 – Simulazione della risposta in frequenza, fase e impedenza del P17RCY.

Figura 5 - Simulazione della risposta in frequenza, fase e impedenza del D28/2.

Figura 5 – Simulazione della risposta
in frequenza, fase e impedenza del D28/2.

Nelle figg. 4 e 5 vediamo per l’appunto tali simulazioni. Si noti che non abbiamo curato più di tanto la parte di risposta oltre la frequenza di incrocio prescelta, ovvero 2600 Hz, visto che comunque viene taglia ta dal filtro di crossover.

Figura 6 - Composizione del sistema da simulare.

Figura 6 – Composizione del sistema da simulare.

Come possiamo vedere in fig. 6 il sistema si compone di un amplificatore-generatore di tensione, due sezioni filtro ed una rete di compensazione, che serve soltanto per porre una resistenza in parallelo al tweeter (fig. 7).

Figura 7 - Rete di compensazione del tweeter: prevede soltanto una resistenza in parallelo allo stesso, per l'allineamento del livello di emissione a quello del woofer.

Figura 7 – Rete di compensazione del tweeter: prevede soltanto una resistenza in parallelo allo stesso, per
l’allineamento del livello di emissione a quello del woofer.

L’amplificatore non è un generatore di corrente perché WinCross non prevede, attualmente, i crossover serie, ma solo quelli parallelo, per cui, come già detto, l’uguaglianza delle correnti si ottiene utilizzando un generatore di tensione e due resistenze da 1000 ohm, ognuna in serie ad una via del crossover. Essendo questo valore molto superiore alla massima impedenza presente nel circuito di ogni via, l’uguaglianza è garantita, a parte il livello di uscita.

La presenza di un resistere in serie ad ogni via non è prevista su WinCross, per cui si deve «barare»: occorre inserire un gruppo L-C fittizio in cui la resistenza dell’elemento in serie è stata aumentata in modo opportuno, mentre la capacità o l’induttanza dello stesso sono state fissate in modo tale da non influenzare il resto del circuito. E quanto si può vedere nelle figg. 8 e 9 (si noti che queste figure relative a WinCross sono state modificate nella larghezza per motivi di spazio, per cui appaiono leggermente diverse rispetto all’originale).

Figura 8 - Definizione del filtro passivo del tweeter. Il condensatore a sinistra ha un valore fittizio, la sua resistenza serie (1000 ohm) serve ad attuare il trucco mostrato in fig. 3.

Figura 8 – Definizione del filtro passivo del tweeter. Il condensatore a sinistra ha un valore fittizio, la sua resistenza serie (1000 ohm) serve ad attuare il trucco mostrato in fig. 3.

Figura 9 - Definizione del filtro passivo del woofer. L'induttore a sinistra ha un valore fittizio, la sua resistenza serie svolge la funzione già vista nel caso del tweeter.

Figura 9 – Definizione del filtro passivo del woofer. L’induttore a sinistra ha un valore fittizio, la sua resistenza serie svolge la funzione già vista nel caso del tweeter.

Lavorando su un sistema pilotato in corrente perdiamo la possibilità di utilizzare la funzione di calcolo automatico del filtro della via, che richiede di impostare soltanto ordine e tipo dell’allineamento e impedenza nominale del carico. In ogni caso possiamo lavorare manualmente, provando varie combinazioni di componenti fino ad ottenere una risposta convincente di tutto il sistema.

Figura 10 - Risposta in frequenza del sistema simulato, con le risposte delle singole vie e l'andamento della fase.

Figura 10 – Risposta in frequenza del sistema simulato, con le risposte delle singole vie e l’andamento della fase.

Infine, dopo innumerevoli tentativi, otteniamo una curva di risposta accettabile (fig. 10). Si rammenti che è bene porre la massima attenzione affinchè la fase del segnale acustico emesso da woofer e tweeter abbia la stessa fase, nella zona di incrocio. La parte di grafico al di sotto dei 400 Hz non deve essere considerata, visto che cade nella zona di intervento del correttore di risposta. I valori dei componenti del crossover sono riportati in fig. 2.

 


LE MISURE

Le illustrazioni qui riportate mostrano il comportamento nel dominio della frequenza e del tempo di tre sistemi: uno pilotato in corrente
con anteposto il correttore di risposta, lo stesso con il correttore di risposta escluso, infine un classico pilotaggio in tensione. La prova è stata effettuata con il filtro della via bassa collegato: purtroppo questo ha penalizzato un pochino il pilotaggio in tensione, visto che il filtro era stato pensato per un pilotaggio in corrente.

Figura 11 - Risposta ed ETC del sistema pilotato in tensione.

Figura 11 – Risposta ed ETC del sistema pilotato in tensione.

L’ideale sarebbe stato realizzare due filtri di via diversi, ma la mancanza di tempo ci ha costretto a ripiegare su questa soluzione. Cercheremo di tenerne conto. A parte il fatto che l’estensione in frequenza ottenibile con il pilotaggio in corrente e la correzione della risposta è enormemente più estesa ai quella propria degli altri sistemi, vediamo che non abbiamo poi dei grossi vantaggi in termini di smorzamento, anzi, forse il pilotaggio in tensione va anche meglio. Osserviamo subito che l’estensione verso l’alto della banda passante del pilotaggio in tensione è un po’ maggiore, e questo motivo è sufficiente per innalzare il picco della relativa ETC di circa 3 dB. Questo si può provare anche con WinCross simulando due filtri passa basso con diversa larghezza di banda passante. Abbassando il picco del pil. in
tensione di 3 dB abbiamo una curva confrontabile con quella relativa al pil. in corrente. In queste condizioni vediamo che il tempo che la risposta impiega a decadere di 20 dB è di 2.1 msec per il pil. in tensione, 0.9 per il pil. in corrente, 3.8 per il pil. in corrente senza correzione. Tuttavia il motivo del risultato leggermente peggiore, nei primi 4 msec, del pilotaggio in tensione, forse va ricercato soprattutto nello scarso smorzamento del filtro di via, evidentemente inadatto. Nel periodo successivo, fino ai 15 msec, va meglio del pil. in corrente, mentre in seguito riperde terreno. In conclusione, il prezzo da pagare per il pilotaggio in corrente è uno smorzamento non eccelso alle medie frequenze, il che consiglia caldamente di rivolgersi ad altoparlanti meccanicamente molto smorzati, oppure a progettazioni del box rivolte nella stessa direzione. Lo smorzamento alle basse frequenze sembra invece buono. Il grafico relativo al pil. in corrente sen za correzione fa capire cosa ci dobbiamo aspettare in caso di staratura del correttore di risposta: lo smorzamento è molto basso, e le code sonore sono garantite.

Figura 12 - Risposta ed ETC del sistema pilotato in corrente, con il correttore di risposta inserito.

Figura 12 – Risposta ed ETC del sistema pilotato in corrente, con il correttore di risposta inserito.

Figura 13 - Risposta ed ETC del sistema pilotato in corrente, senza il correttore di risposta.

Figura 13 – Risposta ed ETC del sistema pilotato in corrente, senza il correttore di risposta.

 


L’angolo del “fai da te”: schemi circuitali utili per speerimentare il pilotaggio in corrente

Abbiamo riportato qui di seguito due schemi utili per cominciare a prendere confidenza con il pilotaggio in corrente. Questi non vanno presi per oro colato, ma come uno spunto su cui, con eventuali correzioni, cominciare a realizzare qualcosa di utile. In fig. 14 possiamo osservare uno schema di massima di un circuito per realizzare la correzione della risposta. Il circuito è invertente, ma modificando il primo stadio si può rendere non invertente. I trimmer devo no essere multigiri, ed è bene che siano ben accessibili. Lo schema è pensato per operazionali con ingressi a fet: per montare i tipi bipolari occorrerebbe modificare i valori di alcune resistenze, lo ho utilizzato con buoni risultati i TL071 e 11072, dì cui il secondo è la versione doppia del primo. Volendo utilizzare modelli più prestanti e costosi si ricordi che gli op-amp più importanti sono quelli che processano le alte frequenze, ovvero il primo e l’ultimo.

In fig. 15 vediamo lo schema di un amplificatore per pilotaggio in corrente di tipo ultra-semplice: non prevede stabilizzazione del punto di riposo né protezione dell’uscita. Questo non è un problema, però: i mosfet sono affidabili riguardo alla stabilità del punto di riposo, mentre il cortcircuito non è assolutamente un problema, salvo il caso in cui si protragga a lungo e l’amplificatore stia erogando correnti elevate. In tal caso potrebbe generarsi un surriscaldamento. Il condensatore da 100 nF in parallelo all’uscita è montato per migliorare la stabilità del sistema sui carichi induttivi, ad esempio gli altoparlanti. In mancanza si avrebbero problemi di instabilità piuttosto gravi. Se è possibile, però, si può provare a ridurne il valore. Se, al contrario, persistono problemi di instabilità, conviene aumentarlo un po’. Conviene provare anche valori diversi per le resistenze di collettore dei transistor. L’alimentazione dell’operazionale deve essere ben filtrata rispetto a quella del resto del circuito, con una propria stabilizzazione. Valori tipici delle tensioni sono ±15 V, ad esempio. Volendo utilizzare un operazionale con ingresso bipolare occorrerà ridurre molto il valore della resistenza da 220k posta all’ingresso, fino a circa 50k; in tal caso dovrà essere variato anche il valore della capacità adiacente. Se si trovano problemi gravi di stabilità, provare a montare un operazionale meno prestante, ad esempio il classico 741: dovrebbe risolvere il problema. Le resistenze sui source dei mosfet devono essere non induttive. Infine, anche se non indicato nella figura, è consigliabile montare due zener da 1 2 V fra il gate ed il source di ogni mosfet, in modo da limitare la massima escursione del segnale.

Figura 14 - Schema circuitale del correttore di risposta. Figura 15 Schema circuitale di un amplificatore per pilotaggio in corrente.

Figura 14 – Schema circuitale del correttore di risposta.
Figura 15 – Schema circuitale di un amplificatore per pilotaggio in corrente.

di Claudio Emiliozzi

da AUDIOreview n. 164 novembre 1996

Author: Redazione

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1 Comment

  1. Mi permetto di intervenire sul pilotaggio in corrente degli altoparlanti, non tanto per esporre il mio punto di vista, ma per chiedere se qualcuno ha valutato la “terza via” del pilotaggio del diffusore. Mi riferisco al pilotaggio in “potenza”. Dato che nei casi di tensione e corrente si ottiene una potenza sul diffusore dipendente, in maniera opposta ma in entrambi i casi, dall’impedenza del diffusore. Qindi se si controreaziona contemporamente con un sistema misto di tensione e corrente si può ottenere che l’amplificatore esprima in uscita sul diffusore, un valore di potenza esattamente proporzionale alla tensione di ingresso. Ringrazio chi mi risponderà, magari evitandomi di perdere tempo inutilmente dietro questo concetto. Però se esso fosse valido, avrà l’unico inconveniente di personalizzare l’amplificatore per una sola impedenza (alla fine esistono i commutatori).

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