AP-TFSUB

[caption id="attachment_1518" align="alignleft" width="222"]AP-TFSUBAP-TFSUB[/caption]

Subwoofer Hi-End DIY
di Renato Giussani
(Versione del 28 dicembre 2013)

Premessa
Nella mia purtroppo ormai molto lunga carriera professionale nell’hi-fi ho sviluppato diversi progetti di subwoofer. Alcuni sono giunti fino alla loro produzione commerciale e fra questi posso citare un grande sub ESB “a tavolino” presentato nel 1982 e il sub Harmony più o meno dello stesso periodo.
Per gli autocostruttori mi sono divertito invece a sviluppare, insieme a Bo Arnklit, per Audio Review, anche un vero e proprio subwoofer reflex auto-amplificato ed equalizzato, che battezzammo The Audio Bass.
Solo di recente ho invece regalato ai diyers il progetto di quello che amo chiamare “woofer” a causa del suo intervento esteso gradualmente fino ai 500 Hz, studiato per essere abbinato a minidiffusori ed in grado di estenderne la risposta ed accrescerne notevolmente la dinamica senza alterarne la timbrica. Questo progetto ha il nome di AP SD4/11W ed è stato specificamente messo a punto con le mini Rogers LS3/5a delle quali potete leggere QUI una prova d’epoca che io stesso firmai molti anni fa.
Recentemente sono stato pressato da molti amici perché mi cimentassi nuovamente nel progetto di un vero e proprio subwoofer, abbinabile anche a sistemi hi-end di alta caratura. Il più insistente fra tutti è stato il caro Teobaldo Marini Padovani che, non soddisfatto del tutto dai suoi due Audio Pro, desiderando aggiungere un bel subwoofer passivo al suo supersistema hi-fi è riuscito alla fine nel suo intento anche grazie al fatto che l’ipotesi di sviluppare un simile progetto ha dimostrato di interessare moltissimo anche gli utenti del Forum di Audioplay, che si sono subito dichiarati più che disposti a partecipare fornendo un graditissimo aiuto, soprattutto nella fase iniziale delle scelte e dei disegni di base.
Eccoci dunque pronti a descrivere nei particolari quello che è stato battezzato TFSUB (The Forum Subwoofer) in modo che eventuali altri interessati possano facilmente e liberamente autocostruirselo.

La scelta del sistema di carico
Fra le condizioni poste come base iniziale di lavoro dall’amico Teo vi era anche quella che il mobile del sub non avrebbe in nessun caso dovuto superare le seguenti dimensioni:

Altezza: 73 cm
Larghezza: 73 cm
Profondità: 45 cm

Con queste dimensioni, ipotizzando di impiegare pannelli da 20 mm di spessore (abbiamo usato pesante listellare rifinito con 3 mm di mdf) e lasciando una decina di cm liberi fra sub e parete per i collegamenti e l’emissione, il volume totale netto disponibile potrebbe essere valutato in circa 140 litri.

Fatti un po’ di conti e di simulazioni con Bass-PC è risultato evidente che volendo garantirsi una ottima capacità dinamica, ovvero la possibilità di superare i 100 dB spl su buona parte della banda riprodotta e contemporaneamente avere una risposta estesa a 0 dB fino ai 20 Hz, normali carichi reflex o sospensione pneumatica non sarebbero stati adeguati.

Ecco quindi affacciarsi l’ipotesi di un carico simmetrico.

Tale metodo di carico prevede di chiudere l’altoparlante con un volume chiuso da un lato ed un volume accordato dall’altro. E l’emissione verso l’ambiente esterno (quello di ascolto) avviene attraverso il condotto che attua l’accordo stesso.

Il problema però nel mio caso consisteva nel voler contemporaneamente ridurre al minimo possibile l’ingombro esterno, avere una risposta estesa fino ai 20 Hz, ma anche escludere totalmente la nascita di rimbombi e/o code sonore, che costituiscono l’aspetto meno piacevole di quasi tutti i sistemi accordati.

Tutto ciò mi ha indotto a prevedere che il volume chiuso fosse totalmente riempito di lana di vetro fino ad ottenere il riempimento critico (13 quadrotti 20x20x4 cm) e che anche il volume accordato fosse fortemente coibentato (21 quadrotti), fino a conseguire un QB molto basso. Nel nostro caso =3.

[caption id="attachment_1352" align="alignleft" width="300"]Push-PullPush-Pull[/caption]

Per poter ridurre il volume totale necessario ed elevare contemporaneamente il più possibile il MOL del sistema ho poi deciso di non impiegare un solo woofer, bensì due in configurazione push-pull.

Il componente che è stato preferito è il Peerless 835017, per il quale la Peerless dichiara una potenza massima di 350 W (su 4 ohm = 37,4 V).

Le simulazioni
Detto fatto, ecco a cosa sono giunto sfruttando la apposita sezione di calcolo simmetrico del Bass-PC:

[caption id="attachment_1772" align="alignleft" width="300"]Bass-PC: simulazione carico simmetricoBass-PC: simulazione carico simmetrico (bobine in parallelo)[/caption] [caption id="attachment_1408" align="alignleft" width="150"]Lana di vetro: riempimento parzialeLana di vetro: riempimento parziale[/caption]

I due volumi che vedete impostati nella schermata del programma sono quelli che derivano dalla assunzione che l’uso della lana di vetro avrebbe aumentato il volume acustico rispetto a quello geometrico netto disponibile.

[caption id="attachment_1364" align="alignleft" width="300"]Foglio Excel per i calcoli geometriciFoglio Excel per i calcoli geometrici[/caption] [caption id="attachment_1416" align="alignleft" width="150"]Lana di vetro: riempimento completoLana di vetro: riempimento completo[/caption]

Tutti i calcoli sono stati sviluppati facendo uso di un foglio Excel che alla fine appariva come mostrato qui a lato.
In esso si nota ad esempio come il volume necessario per il progetto simmetrico di Bass-PC risulti essere di 50,2 litri, ma come grazie all’uso di molto assorbente acustico anche nel volume accordato l’effettivo volume geometrico che abbiamo dovuto realizzare sia poi sceso a soli 39 litri.
Con lo stesso foglio abbiamo anche potuto determinare abbastanza facilmente tutte le dimensioni del mobile in modo tale che non solo i due volumi fossero quelli desiderati, ma anche il condotto di accordo piegato ad L avesse la lunghezza calcolata da Bass per la sezione desiderata, pari ad 1/3 di quella effettiva del push-pull.

[caption id="attachment_1357" align="alignleft" width="300"]Disegno di Alessandro DalboscoDisegno di Alessandro Dalbosco[/caption]

Ed ecco uno dei disegni esplicativi di come abbiamo realizzato il mobile.
Mentre al seguente link potrete scaricare l’archivio Zip contenente tutti i disegni quotati utili ad effettuare i giusti tagli e il corretto montaggio dell’insieme: DISEGNI

[caption id="attachment_1766" align="alignleft" width="300"]Bass-PC: Risposta in frequenza, escursione, MIL e MOLBass-PC: Risposta in frequenza, escursione, MIL e MOL[/caption]

Quello qui a lato è invece il grafico del Bass-PC che mostra la risposta in frequenza calcolata nonché escursione, MIL e MOL (con 37,4 V – bobine in parallelo).

La verifica
A costruzione e inserimento della lana di vetro ultimati abbiamo preso atto che il lunghissimo e grande condotto di accordo a sezione rettangolare comportava una prevedibile risonanza propria che causava un notevole picco nella risposta in frequenza, a 135 Hz.

[caption id="attachment_1807" align="alignleft" width="300"]Schema completo della rete di filtro deliberataSchema completo della rete di filtro deliberata[/caption]

Per attenuarne fino a renderne non udibili gli effetti, ho quindi provveduto ad alimentare gli altoparlanti attraverso un filtro passivo che comprende una cella RLC capace di eliminare il problema,

[caption id="attachment_1433" align="alignleft" width="300"]Rete di filtro del prototipoRete di filtro del prototipo[/caption]

La cui implementazione pratica ancora sperimentale con la quale abbiamo effettuato tutte le misure e gli ascolti di verifica è quella a lato.

Ed ecco le risposte in frequenza rilevate in campo vicino sul prototipo filtrato.

[caption id="attachment_1440" align="alignleft" width="300"]Risposta in frequenza in configurazione serie (S1: A)Risposta in frequenza in configurazione serie (S1: A)[/caption]

La risposta rilevata in regime sinusoidale mostra un andamento sostanzialmente corrispondente a quello calcolato da Bass-PC, con il livello massimo di emissione raggiunto fra i 20 ed i 30 Hz, il livello a 50 Hz attenuato di circa 6 dB rispetto a quello massimo e il livello ad 80 Hz attenuato invece di circa 12 dB, tutti come previsto.

[caption id="attachment_1444" align="alignleft" width="300"]Risposta in frequenza in configurazione serie (S1: A) e parallelo (S1: B)Risposta in frequenza in configurazione serie (S1: A) e parallelo (S1: B)[/caption]

La commutazione fra serie e parallelo permette di aumentare il livello di emissione mediamente di circa 5 dB su tutta la banda passante del sub, ma al prezzo di una riduzione del modulo dell’impedenza come mostrato nei grafici seguenti nella configurazione Normal (serie: A) e +6 dB (parall.: B).

[caption id="attachment_1442" align="alignleft" width="300"]Impedenza config. SerieImpedenza config. Serie[/caption]

Impedenza in configurazione serie (modulo: rosso e fase: verde). Il minimo del modulo è di 4,14 ohm a 24,7 Hz.

[caption id="attachment_1443" align="alignleft" width="300"]Impedenza config. ParalleloImpedenza config. Parallelo[/caption]

Impedenza in configurazione parallelo (modulo: rosso e fase: verde). Il minimo del modulo è di 2,38 ohm a 23,7 Hz.

[caption id="attachment_1439" align="alignleft" width="300"]Schema di commutazione serie/paralleloSchema di commutazione serie/parallelo[/caption] [caption id="attachment_1441" align="alignleft" width="150"]Deviatore due vie due posizioni per basse tensioni (6A)Deviatore due vie due posizioni per basse tensioni (6A)[/caption]

Dove la commutazione fra le due configurazioni viene ottenuta con un deviatore a due vie e due posizioni come quello in fotografia.

[caption id="attachment_1445" align="alignleft" width="300"]Vaschetta degli ingressiVaschetta degli ingressi[/caption]

La seguente è la vaschetta impiegata per gli ingressi, scelta perché ha spazio sufficiente per l’inserimento al suo interno anche del deviatore serie/parallelo.

Conclusioni
Le prestazioni ottenute consentono di consigliare l’uso del TFSUB a chiunque voglia estendere la risposta dei suoi diffusori fino al limite dei 20 Hz.
Posizionando il TFSUB, come preferibile e consigliato, con l’apertura di uscita del suono in prossimità di un angolo dell’ambiente, il livello conseguibile con il TFSUB è tale da consentirne l’abbinamento, collegandolo ad uno dei canali stereo principali, a diffusori la cui sensibilità sia compresa fra gli 86 ed i 91 dB spl per 2,83V/1m.
In caso di sensibilità dei diffusori inferiore si potrà attenuare il contributo del TFSUB allontanando l’uscita del condotto del sub dall’angolo, mentre per sensibilità superiori si dovrà pensare o a dotarsi di un secondo modulo sub da collegare all’altro canale (il che consentirebbe di guadagnare 6 dB) o a pilotare un unico TFSUB attraverso un amplificatore finale dedicato, il cui livello potrà essere regolato a piacere.
Ricordate poi che i principi esposti nell’articolo linkato di seguito sono validi a maggior ragione per i subwoofer, che sarebbe bene fossero sempre più di uno e posizionati ben lontani l’uno dall’altro…: La migliore posizione dei woofer in ambiente.