Rilevamento parametri di Small (con Bass-64 o Bass-PC 2.0)

Parametri Small

(da Audio Review n.33 – novembre 1984)
Rilevamento parametri caratteristici di un altoparlante e progettazione di un sistema in cassa chiusa assistiti da computer

Il testo e le immagini che seguono, sono tratti dalla prima puntata della serie sulla progettazione di sistemi di altoparlanti pubblicata da Audio Review, a partire da novembre 1984.
Le istruzioni sul rilevamento dei parametri caratteristici di un altoparlante, sono quelle relative all’uso del programma Bass per home computer Commodore 64.
Peraltro, tutti i concetti esposti sono direttamente applicabili alla rilevazione degli stessi parametri anche con l’ausilio degli attuali programmi per PC (come ad esempio il Bass-PC 2.0 o il Bass-PC 3.0 scaricabili da questo stesso sito).
C’era una volta il… baffle infinito ovvero l’alta fedeltà era neonata e i costruttori di diffusori acustici cercavano per lo più di interferire il meno possibile con il funzionamento degli altoparlanti. Ciò che non potevano comunque evitare era il montaggio su un pannello di dimensioni tali da evitare che le emissioni posteriore ed anteriore degli altoparlanti a cono si elidessero reciprocamente già a frequenze tanto alte da privare di una consistente parte dello spettro delle basse frequenze anche le voci umane, specie quelle maschili.
Molti di voi senz’altro ricorderanno che tanti anni fa gli apparecchi radio di maggior pregio erano quelli dotati di un bel timbro caldo e riposante, che dava corpo alle orchestre e “feeling” alle voci degli annunciatori. Possedere una buona capacità di riprodurre frequenze sufficientemente basse era sinonimo di qualità e tutti lo potevano facilmente verificare.
Oggi, che la risposta in frequenza dei diffusori acustici si è molto ampliata (in particolare nel caso delle “casse acustiche” Hi-Fi), il giudizio di qualità sulle prestazioni al limite inferiore della risposta richiede la valutazione di segnali contenenti frequenze molto più basse.
Ciò comporta che un confronto diretto con la esperienza di ascolto reale sia molto più difficile e raro. Quanti di voi possono affermare in tutta onestà di avere sentito molte volte nella loro vita suoni naturali contenenti frequenze inferiori ai 100 Hz? Certo: i tuoni, il rumore del treno, l’elicottero, la stessa automobile o una porta che sbatte, ma questi non sono suoni normalmente utilizzati per fare musica. Pensiamo invece ad un buon basso acustico, un timpano, una cassa di batteria, dei violoncelli, o le note più basse della tastiera del pianoforte; la valutazione che più spesso viene fatta di “questi” suoni è il confronto fra quelli emessi da un altoparlante ed un altro. Questa difficoltà di verifica ha permesso il perdurare di una situazione del tutto anomala, per la quale gli stessi costruttori spesso non sentivano alcuna necessità di ottimizzare sulla base di nozioni tecniche precise le prestazioni a bassa frequenza dei diffusori da loro prodotti. Per lungo tempo molti costruttori hanno preferito o sono stati costretti a basarsi più che altro sulla loro esperienza, spesso finalizzata all’ottenimento di prestazioni a bassa frequenza che fossero più che altro “accattivanti” e “spettacolari” al primo ascolto, durante il veloce confronto che si effettua in un negozio all’atto dell’acquisto. Poco importava che alla verifica d’uso reale questi diffusori potessero risultare rimbombanti ed estremamente affaticanti, specie con generi e brani musicali di un certo impegno.
Oggi la situazione è, per fortuna, molto cambiata, soprattutto grazie al successo fatto registrare in tutto il mondo da quei prodotti che propongono prestazioni seriamente decise ed altrettanto seriamente perseguite, progettati ricorrendo ai numerosi studi teorici sull’argomento divulgati dalle associazioni specialistiche. Un momento fondamentale di questo processo di evoluzione, verso metodi di progetto corretti e correttamente utilizzati, lo si deve alla enorme divulgazione che hanno avuto gli studi teorici sul funzionamento degli altoparlanti magnetodinamici alle basse frequenze effettuati dal ricercatore australiano R.H.Small. Ormai quasi tutti i costruttori sia di altoparlanti che di diffusori acustici effettuano i loro progetti facendo uso delle formule e dei parametri indicati da Small. In realtà è sempre possibile imbattersi in progetti “sbagliati”, ma oggi è difficile che lo siano per totale ignoranza, più spesso si tratta di scelte “tecnico-commerciali” determinate dalla volontà di contenere i costi o di accontentare certe richieste di utenti hi-fi alle prime armi. Se i mezzi per progettare una buona sezione bassi ed effettuare le necessarie verifiche (addirittura senza avere bisogno di una camera anecoica) sono ormai alla portata di tutti i costruttori, non è vero che tutti li utilizzino al meglio: la disponibilità di un certo numero di equazioni e la disponibilità di alcuni strumenti non “fa” certo il progettista, così come la conoscenza del codice della strada e la disponibilità di un’automobile non “fa” l’automobilista. Un mezzo per accelerare notevolmente i tempi di progetto ci è oggi offerto dai metodi di simulazione computerizzata. Una simulazione sufficientemente accurata del modello fisico in esame consente inoltre di “sperimentare” un gran numero di situazioni con una facilità ed una velocità enormi, permettendo di acquisire quelle nozioni e sviluppare quella sensibilità che sono alla base della “esperienza”.

FIGURA 1 Tipica risposta in frequenza di un sistema di altoparlanti con sezione bassi a sospensione pneumatica.  Al di sotto della frequenza di risonanza il livello tende ad attenuarsi al ritmo di 12 dB/Ott.
Tipica risposta in frequenza di un sistema di altoparlanti con sezione bassi a sospensione pneumatica. Al di sotto della frequenza di risonanza il livello tende ad attenuarsi al ritmo di 12 dB/Ott.

Gli autocostruttori

A fianco di chi il progetto e la costruzione di casse acustiche lo fa per lavoro, esiste però anche una grande schiera di persone che questa attività la esercita per hobby: sono gli “autocostruttori”, per lo più appassionati desiderosi di realizzare con il loro ingegno e le loro mani dei sistemi acustici “su misura” sia delle loro particolari esigenze che, spesso, delle loro particolari… tasche. Non è un segreto per nessuno che, se armati delle giuste nozioni di falegnameria e di un buon progetto, è possibile costruirsi dei buoni diffusori acustici ad un costo di molto inferiore al “corrispondente” prodotto industriale; uno dei motivi principali è nel fatto che il lavoro ed il tempo dell’autocostruttore sono collocati nella sua zona di “tempo libero” e come tale non ne viene portato in conto il “costo”.
Ne sanno qualcosa quei volenteroso che hanno pazientemente riprodotto con precisione le ESB 7/06 e 7/08 secondo i piani costruttivi pubblicati su AUDIO Review. Purtroppo però gli autocostruttori non possono di solito munirsi facilmente dei mezzi necessari per effettuare un buon progetto ed anzi il più delle volte non sono nemmeno a conoscenza della teoria e delle equazioni che consentirebbero loro di risparmiarsi cocenti delusioni.
Abbiamo deciso che sia ora di colmare questa lacuna in modo sistematico ed il primo passo è proprio questo: un programma CAT (Computer Aided Test ovvero misura assistita da computer) per home computer che facilita al massimo la rilevazione dei parametri di Small degli altoparlanti e mette a disposizione anche routine di calcolo (CAD, Computer Aided Design, progettazione assistita da Computer) per effettuare il progetto della sezione basse frequenze di una cassa a sospensione pneumatica.
Il programma prevede diverse possibilità di input (ingresso) dei dati a seconda della disponibilità più o meno vasta di strumenti da parte dell’hobbista e/o di dati attendibili forniti dal costruttore dell’altoparlante. La prima opzione è sempre quella che permette di ottenere la più alta precisione e quindi la migliore approssimazione dei funzionamento reale; le opzioni successive sono via via sempre più approssimate ma, come vedremo, consentono comunque di effettuare realizzazioni dalle prestazioni molto prossime a quelle desiderate.

FIGURA 2 Risposta in frequenza normalizzata di un altoparlante in aria libera e di un sistema a sospensione pneumatica. La scala delle frequenze (vera) si ottiene moltiplicando la scala normalizzata per la frequenza di risonanza. Il Q totale è quello caratteristico del sistema.
Risposta in frequenza normalizzata di un altoparlante in aria libera e di un sistema a sospensione pneumatica. La scala delle frequenze (vera) si ottiene moltiplicando la scala normalizzata per la frequenza di risonanza. Il Q totale è quello caratteristico del sistema.

Il progetto
Osservando la tipica curva di risposta di un sistema di altoparlanti (FIGURA 1), potete rilevare che, nel caso di casse a sospensione pneumatica, la risposta inizia sempre dal lato sinistro del grafico con un andamento crescente a 12 dB/ott. (ovvero il livello aumenta di 12 dB ad ogni raddoppio della frequenza). La risposta tende poi ad inflettersi per raggiungere un tratto più o meno lungo ad andamento orizzontale. Il tratto di “raccordo” tra l’andamento crescente e quello orizzontale può essere caratterizzato da una curvatura più o meno dolce o a volte anche da un picco più o meno pronunciato di esaltazione.
Confrontando questi andamenti con quelli della FIGURA 2 si può notare che qualsiasi cassa (a sospensione pneumatica) ha una risposta che può essere assimilata ad uno degli andamenti rappresentati. Ciò che varia è la sua collocazione rispetto all’asse delle frequenze, ma facendo coincidere la curva della cassa provata che avete scelto con quella fra le curve della “famiglia” di FIGURA 2 che più le somiglia (nel tratto fra i 20 ed i 200 Hz), scoprirete che in corrispondenza dell’ascissa contrassegnata da w/wC = 1 verrà a trovarsi proprio la frequenza di risonanza dei diffusore, riconoscibile dal picco della curva del modulo dell’impedenza.

Le curve della figura accanto sono state tracciate per diversi valori dei fattore di merito (Q) della cassa. Conoscendo questo dato e la frequenza di risonanza si può quindi conoscere la risposta alle basse frequenze della cassa che si è costruita (o si vuole progettare) semplicemente scegliendo la curva contrassegnata dal Q misurato (o previsto) e “traslandola” opportunamente sull’asse delle frequenze, cioè moltiplicando i numeri che compaiono sull’asse delle ascisse della FIGURA 1 per il valore (in Hz) della frequenza di risonanza misurata (o prevista).
Fissato il valore preferibile per il Q (che determina il tipo di andamento che verrà ottenuto), la risposta, nel caso della sospensione pneumatica, può dunque essere variata solo traslandola lungo l’asse delle frequenze (ascisse) mediante una scelta opportuna della frequenza di risonanza.
Dato che la frequenza di risonanza di una cassa acustica a sospensione pneumatica è determinata dalla relazione fc = (1/ (2 x 3,14) x Ök/m), una riduzione dei valore della frequenza di risonanza può essere ottenuta in due modi:

1) Aumentando la massa mobile (ed il programma lo prevede).
2) Riducendo la costante elastica delle sospensioni.

Per ottenere viceversa un aumento della frequenza di risonanza si dovrà operare in senso inverso.
Nel caso dell’altoparlante montato in cassa a “sospensione pneumatica” le “sospensioni” non sono solo quelle meccaniche, che mantengono centrata la bobina mobile nella giusta posizione rispetto al complesso magnetico, ma anche la molla costituita dall’aria contenuta nel mobile.
Diminuire la forza di richiamo delle sospensioni meccaniche, nel caso di mobili grandi rispetto alla superficie dei cono, ha senz’altro qualche effetto pratico, ma non è alla portata dell’hobbista; un indebolimento o una alterazione delle caratteristiche meccaniche delle sospensioni può avere infatti tante spiacevoli conseguenze che vanno dalla rottura dell’altoparlante, ad una diminuzione della potenza sopportabile, ad un aumento della distorsione, e chi più ne ha più ne metta.
Diminuire la forza di richiamo dell’aria contenuta nel mobile è viceversa possibile semplicemente aumentandone il volume; in questo caso alla nuova frequenza di risonanza f, verrà a corrispondere anche un nuovo valore dei QTC, dato che sussiste la seguente relazione QTC = QTS x fC/fS, che mostra come ad ogni diminuzione di fC, (dati per costanti fS e QTS) si accompagna una diminuzione percentuale uguale di QTC, Anche l’uso di assorbente acustico entro il mobile ottiene il risultato di abbassare la frequenza di risonanza della cassa (o meglio “dell’altoparlante montato in cassa”) ma introduce anche ulteriori varianti al sistema fisico tali che la diminuzione dei QT, diventa maggiore. Per comprendere meglio cosa accade quando si utilizza la lana di vetro, basta sapere che il QT è dato dal parallelo di altri due Q, che sono il QM (fattore di merito meccanico) e il QE (fattore di merito elettrico). L’altoparlante è dotato dei suoi propri QMS, QES e QTS=1/[(1/QMS) + (1/QES)], quando viene rnontato in cassa viene ad assumere i nuovi QMC, QEC e QTC relativi alle variate condizioni di sospensione del cono. La introduzione di assorbente acustico in una cassa a sospensione pneumatica attua delle variazioni nelle modalità di propagazione delle onde acustiche che comportano un aumento fittizio del volume che può raggiungere il massimo teorico del 40%; questo effetto si ripercuote sulla FC e sui vari QC nello stesso modo di un aumento reale dei volume del mobile; contemporaneamente però si instaurano anche dei fenomeni dissipativi per i quali il QMC diminuisce ulteriormente, da cui la ulteriore diminuzione del QTC rispetto alla cassa vuota di volume “equivalente”. Un altro effetto prodotto dall’assorbente acustico si manifesta quando questo viene ad occupare posizioni prossime alla faccia posteriore dei cono dell’altoparlante; in questo caso una certa parte dell’assorbente viene messa in movimento per il tramite di una zona di aria molto ridotta ed in pratica l’effetto finale è simile a quello che si avrebbe con un equipaggio mobile che fosse dotato di una massa maggiore, ma solo alle frequenze più basse; anche questo effetto tende ad abbassare la frequenza di risonanza della cassa. Un ulteriore effetto consiste nella sottrazione di volume utile all’aria contenuta nel mobile; qualsiasi assorbente acustico è assimilabile ad una struttura alveolare aperta in cui il materiale costituente occupa un suo proprio volume che non può quindi essere occupato da aria: il risultato in questo caso è che volume fisico occupato dall’aria diminuisce.
L’ordine di grandezza di questo aumento di massa dipende dal tipo e dalla disposizione dell’assorbente usato, dalla forma del mobile e dalla posizione di montaggio del woofer, dal suo diametro e, in termini di variazione percentuale della massa mobile del woofer, dipende anche dal suo valore reale in assenza di assorbente. Nel programma che presentiamo tutti gli effetti (elencati e non) dell’assorbente acustico sono stati tenuti in conto solo mediante un aumento fittizio dei volume il valore imposto è addirittura superiore a quello che sarebbe fisicamente possibile teoricamente se l’unico effetto dell’assorbente fosse la variazione da adiabatiche ad isoterme delle trasformazioni subite dall’aria (come già detto questo unico fatto non potrebbe comportare aumenti superiori al 40%). Facendo riferimento all’esperienza pratica e alle verifiche d’uso di uno dei programmi elaborati in ESB, che prevede invece una precisa simulazione di tutti gli effetti dell’assorbente, possiamo dire che la approssimazione adottata è da considerarsi più che confacente all’uso previsto: nella maggior parte dei casi, quando tutte le misure vengono effettuate con ottima precisione e la disposizione dell’assorbente è quella che “sperimentalmente” viene determinata come di “massimo effetto”, i dati misurabili sulla cassa chiusa hanno valori compresi entro il + 5% rispetto a quelli previsti dal programma.
Volendo viceversa abbassare la frequenza di risonanza della cassa mediante un aumento della massa mobile si deve accettare di incorrere in un certo numero di inconvenienti. Il primo e più intuitivo è una diminuzione dell’efficienza e quindi dei livello emesso a parità di potenza elettrica applicata all’altoparlante. li secondo e a volte non trascurabile problema nasce quando il woofer debba essere chiamato a riprodurre frequenze relativamente elevate, ad esempio superiori ai 500 Hz. In questo caso non si può certo trascurare l’effetto che la aggiunta di massa ha sulla risposta in frequenza e che consiste in un abbassamento della frequenza di taglio superiore dell’altoparlante, simile all’effetto di un filtro passa-basso. Se poi la massa non viene fissata rigidamente e con cura intorno alla zona di attacco della bobina mobile al cono, si possono manifestare fenomeni di disaccoppiamento causati da deformazione prematura dei cono in grado di generare “picchi” e/o “buchi” nella risposta oltre che un aumento della distorsione. Nel programma che presentiamo la massa aggiunta viene chiamata “MA”.
Visti i metodi a disposizione dell’hobbista per variare la frequenza di. risonanza della cassa e/o dell’altoparlante, vediamo come sia possibile anche variare il QC senza intervenire sulla frequenza di risonanza. I metodi possibili sono tre:

1) Aumentare il QES cortocircuitando il magnete con opportune “ancore” di ferro (metodo alquanto barbaro e antieconomico).
2) Diminuire il QMS disponendo uno strato di stoffa, feltro, lana di vetro, spugna a pori aperti o quant’altro di simile a rno’ di cuffia chiusa tesa sul retro dell’altoparlante.
3) Aumentare il QES collegando una resistenza elettrica in serie all’altoparlante.

Riservandoci di tornare sugli argomenti esposti nel prossimo articolo, di esempi ed applicazioni, vorremmo però chiarire subito che il terzo metodo è comunemente adottato anche da chi non vorrebbe: gli stessi cavi di collegamento all’amplificatore e la eventuale induttanza di filtro dei woofer sono dotati di una loro resistenza e la loro esistenza comporta di fatto un aumento dei QES e quindi dei QTS e di conseguenza dei QTC. Il programma prevede la scelta di un valore opportuno di resistenza da porre in serie al woofer (ad esempio per tenere conto della resistenza dell’induttanza di filtro) e ne calcola gli effetti sia sui vari Q che sul livello acustico emesso che, purtroppo, diminuisce.
Un altro parametro che è bene considerare con la dovuta attenzione è il dato di escursione massima dei woofer, con la potenza prevista per l’amplificatore. Il valore viene calcolato in corrispondenza all’effettivo massimo (che può essere anche a 0 Hz) o in corrispondenza ad una frequenza che viene scelta dall’operatore come limite inferiore di “buon funzionamento” della cassa. Se ad esempio si supporrà, come è ragionevole, che nel programma musicale non saranno quasi mai contenute frequenze inferiori ai 40 Hz ad un livello molto alto, si potrà chiedere al programma di calcolare la escursione dei cono alla, frequenza di massimo o, ove questa sia inferiore ai 40 Hz, proprio a questo valore. Il dato presentato è esattamente la escursione di picco che avrebbe il cono a quella frequenza sollecitato da una potenza pari alla potenza massima di picco dell’amplificatore prescelto. Uno dei programmi che ho implementato sull’elaboratore HP 9845 della ESB permette di calcolare con esattezza la escursione di picco di un woofer tenendo conto di tutti i parametri del sistema compresa la azione del filtro di crossover. Dopo avere supposto un certo grado di saturazione dell’amplificatore (sempre verificabile) e la partizione di potenza operata dal filtro tenendo conto della distribuzione media del segnale musicale, viene calcolata la escursione e confrontata con i parametri fisici dell’altoparlante.
Per essere certi di non avere alti tassi di distorsione in nessuna condizione, il metodo classico suggerisce di prevedere che la differenza fra la altezza della bobina mobile e quella della piastra frontale dei circuito magnetico sia superiore al doppio della escursione di picco. Nel nostro caso, per cautelarsi almeno da una eccessiva limitazione della dinamica riproducibile a causa del limite di escursione lineare del woofer e dato che il programma per il “64″ non tiene conto di tutti i fattori correttivi, basterà prevedere semplicemente una bobina mobile di altezza maggiore o uguale al valore di escursione presentato (oppure un progetto che richieda una minore escursione, un amplificatore meno potente… o una manina delicata sulla manopola del volume). Riservandoci di tornare più esaurientemente sull’argomento la prossima “puntata”, vorremmo però cominciare almeno ad elencare la serie di condizioni necessarie per fare funzionare il programma. Anzitutto si deve possedere un Commodore 64 (versioni per altri computer in arrivo, se richieste). Non è necessario possedere il lettore di floppy disk ed anche la stampante è opzionale.
Indispensabile invece almeno il registratore a cassette e molta buona volontà per caricarsi il programma (per chi non l’ha è comunque in vendita la cassetta o il floppy). Caricato il programma e dato il RUN apparirà la prima schermata con la intestazione e la prima domanda: “MARCA E MOD. ALTOP.?”
Immessi i dati di riconoscimento avendo la accortezza di non superare in totale i 16 caratteri si passa alla seconda domanda: “MISURA ALTOP. (S/N)?”. Prima di rispondere si deve fare un rapido conteggio degli strumenti di misura disponibili: un buon ohmetro, un preciso generatore di segnale con frequenza minima almeno 20 Hz, un voltmetro elettronico o un ottimo tester (analogici), una bilancia di precisione (il tipo per lettere va bene), un metro. Sono inoltre necessari, in questo primo caso, una resistenza calibrata da circa 10 ohm, una resistenza da circa 3000 ohm ed alcuni oggetti amagnetici da usare come pesi (un anello di ottone di circa 40 mm di diametro e pesante circa 30 g può essere ottimale. Se si dispone dei suddetti oggetti si può tranquillamente scegliere la opzione “S” e procedere alla misura corretta e precisa di tutti i parametri del woofer in esame.

TABELLA 1
TABELLA 1

Ah, dimenticavo, in questo caso si deve avere anche il woofer… Altrimenti, si potrebbe possedere l’altoparlante da misurare, ma non gli strumenti, oppure né l’uno né gli altri: vediamo come fare, in questi casi.
In ogni caso è indispensabile conoscere almeno la frequenza di risonanza dell’altoparlante, che si può desumere da un catalogo oppure fare gentilmente misurare da un tecnico riparatore semplicemente inviando al woofer l’uscita di un generatore sinusoidale dopo averla amplificata fino ad un livello di alcuni volt e aver posto in serie al woofer una resistenza da 100 ohm. La frequenza di risonanza è quella (inferiore ai 100 Hz) alla quale il cono mostrerà la maggiore escursione (rilevabile con precisione misurando la tensione ai capi del woofer e determinando la frequenza alla quale si ha il massimo).
Se non possedete gli strumenti per effettuare la misura completa, digitando “N” e premendo RETURN comparirà la domanda: “DIAMETRO EQUIVALENTE [MM]?”. La risposta da dare è il diametro dei woofer misurato con la approssimazione di + 1 mm tenendo in conto, oltre al cono, anche di metà della larghezza della sospensione esterna (quella che normalmente è in spugna grigia, gomma nera, o tela o carta pieghettata). Se non possedete l’altoparlante e sul catalogo non è riportato il diametro equivalente potete ricorrere ad una approssimazione: il diametro effettivo ha molto spesso un valore molto simile al diametro nominale immediatamente inferiore, ovvero il diametro effettivo è molto prossimo all’80% del diametro nominale. La tabella 1 vi potrà aiutare. Immesso il diametro viene richiesta la frequenza di risonanza dei woofer, che abbiamo già visto come reperire.

Misura della resistenza in corrente continua della bobina mobile dell'altoparlante con multimetro digitale.
Misura della resistenza in corrente continua della bobina mobile dell’altoparlante con multimetro digitale.

Il dato seguente è la resistenza della bobina mobile, che può essere misurata con un ohmetro o ricavata dal catalogo; in mancanza assoluta di questo dato si può approssimarlo (con un errore che in alcuni casi può essere nullo ma in altri eccessivo). Per far ciò anziché inserire il valore di resistenza si preme RETURN e si risponde alla domanda seguente “IMP. NOMIN. ALTOP. [OHMS]?”; il computer ipotizzerà per la resistenza in continua un valore pari al 75% dell’impedenza nominale.
La domanda seguente è: “MASSA EQUIP. MOBILE [G]?”. Se nota dal catalogo o da precedenti misure complete ok, altrimenti premere RETURN e comparirà la domanda alternativa: “VOLUME EQUIV. [DCMC]?”. Stessa sequenza usata per la massa mobile e comparirà: “CEDEVOL. SOSP. [MM/N]?”. La cedevolezza delle sospensioni, se non nota, può essere misurata con l’ausilio di un peso (circa 100 g andranno bene nella maggior parte dei casi) e di un calibro.

Misura della cedevolezza meccanica con peso e calibro.
Misura della cedevolezza meccanica con peso e calibro.

La misura viene effettuata ponendo l’altoparlante appoggiato con il cono verso l’alto e misurando lo spostamento subito dal cono, sottoposto alla azione dei peso appoggiato di lato alla cupola copripolvere. Il peso dovrà provocare uno spostamento del cono non superiore al millimetro e la misura andrà effettuata con il calibro con estrema precisione, utilizzando opportuni riferimenti ed una adeguata illuminazione. Il programma aiuta nel calcolo della cedevolezza richiedendo i dati di peso applicato “PA” e spostamento dei cono “XC”. Tutto ciò solo se alla domanda circa il valore di cedevolezza avrete solo spinto RETURN ed alla successiva “MISURA CEDEVOLEZZA (S/N)?” avrete risposto “S”. Altrimenti viene ripresentata la sequenza di domande comprendenti la massa mobile, il volume equivalente, la cedevolezza e così via. Per uscire da questo “Loop” l’unica possibilità è immettere un dato, possibilmente attendibile. Se non sapete proprio che pesci prendere vi consiglio di telefonare al costruttore dell’altoparlante, anche se straniero; in molti casi riuscirete ad avere una risposta. Altrimenti, ma solo per verificare se il programma “gira” potete immettere il valore “1″, e che Dio ve la mandi buona, perché noi non ci assumiamo nessuna responsabilità sui risultati che ne potranno conseguire.
La domanda seguente sarà: “FATT.MERITO TOT. ALTOP. QTS ?”.
Se è noto bene, altrimenti premete RETURN.
“FATT.MERITO MECC.ALTOP.?”. Se non è noto dovete immettere per forza un valore e il consiglio è “5″; i valori reali che incontrerete saranno sempre nella gamma fra il 2 e il 15 (o almeno, quasi sempre) e l’aver usato “5″ non altererà in maniera determinante i risultati. Di seguito appare: “FATT.MERITO ELET.ALTOP. QES ?”; se non lo sapete : RETURN. “FATTORE DI FORZA [WB/M] BL ?”; anche qui, se non lo sapete potete misurarlo o andare avanti.

Misura del fattore di forza (BL) con peso e tensione continua variabile.
Misura del fattore di forza (BL) con peso e tensione continua variabile.

Per la misura occorre un peso simile a quello previsto per la misura del CMS (tale da provocare uno spostamento che in questo caso deve essere come “minimo” 1 mm).
Con un sistema adatto ad applicare all’altoparlante una tensione continua di valore noto (magari perché contemporaneamente lo misurate con precisione sui suoi morsetti), dopo avere collegato il positivo al + dell’altoparlante e il negativo al – dovrete, aumentare la tensione “a partire da zero” fino al valore che riporta il cono nella stessa esatta posizione che aveva prima di appoggiarvi sopra il peso. Se non conoscete la potenza continua dei vostro altoparlante e non volete correre rischi inutili evitate in ogni caso di applicare più di 5 volt.
Se avete superato le domande relative al BL senza immettere dati e senza effettuare la misura vi verrà posta la seguente domanda: “LIV. CON 2.83 V/IM [DB SPL] ?” e qui non potete proprio tirarvi indietro, perché sennò verrà riproposta l’intera serie di domande dal QTS in poi. li problema è che spesso il dato richiesto viene si dichiarato dai costruttori, ma, o non si riferisce al valore per emissione su 2 pi greco radianti, a 1 metro e con 2,83 volt (equivalenti ad 1 watt su 8 ohm), oppure può riferirsi al livello di emissione a frequenze troppo alte per essere significative ai nostri fini, oppure, nella migliore delle ipotesi, è “arrotondato”.
Potendo richiedere il dato al costruttore si dovrebbe insistere per il livello rilevabile a 1 metro con 2,83 volt con l’altoparlante montato su una cassa di prova e a 200 o 300 Hz. In mancanza, possiamo accontentarci dei dato dei catalogo e tentare degli input incrociati per verificare la congruenza dei dati dichiarati, altrimenti resta sempre la via di chiedere al costruttore uno dei dati più certi ed attendibili che possono essere utilizzati al posto del livello e che costituiscono infatti la prima opzione dei secondo gruppo di input, ovvero: il QTS il QES, il BL. Se fin qui tutto è andato ok si potrà rispondere “S” alla relativa domanda e si assisterà alla stampa in bell’ordine di tutti i dati disponibili ed utili dell’altoparlante in esame.

Escursione in funzione della frequenza normalizzata di un altoparlante in aria libera e di un sistema a sospensione pneumatica.
Escursione in funzione della frequenza normalizzata di un altoparlante in aria libera e di un sistema a sospensione pneumatica.

La domanda successiva si riferisce già alla cassa ed è: “POTENZA INSTALL. [W/8 OHMS]?”, la risposta è intuitiva, basterà ricordare che il dato deve essere quello di un canale. Compare: “LIM.INF.PROG.MUS. [HZ]?”; questo dato serve per decidere in corrispondenza a quale frequenza dovrà essere calcolata la escursione di picco dei cono. Se non immetterete niente verrà scelto il valore corrispondente alla escursione massima; se deciderete di immettere un valore qualunque, che risultasse superiore a quello di massima escursione il computer vi fornirà la escursione alla frequenza prescelta.

La domanda successiva è: “SCELTA RIS./VOLUME (F/V)?”; dovete decidere se desiderate che la vostra cassa abbia una ben precisa frequenza di risonanza o un certo ingombro, leggi volume. Effettuata la scelta la risposta sarà F per frequenza e V per volume e successivamente dovrete immettere il dato relativo.

L’ultima domanda riguarda la resistenza aggiuntiva che porrete in serie al woofer, che potrebbe essere quella della induttanza del filtro passivo; se non immetterete niente verrà assunto il valore “zero”.

A questo punto la vostra prima fatica è finita e il “64″ passerà ad elaborare i dati per dirvi quale frequenza di risonanza potrete ottenere nel caso di cassa vuota o piena zeppa di lana di vetro e la corrispondente escursione massima, oppure il volume necessario nei due casi se avete scelto di ottenere un preciso valore della frequenza di risonanza. In ogni caso i dati sono completati dal valore del QTC conseguito e del livello acustico ottenibile con 1 watt, che, nel caso di presenza di una resistenza aggiuntiva diversa da zero, diminuisce.

La risposta in frequenza alle basse frequenze dei vostro diffusore dipenderà dalla quantità di lana di vetro che deciderete di utilizzare. Sarà comunque compresa fra quella conseguibile con la cassa vuota e quella con il massimo di assorbente; tali curve, come già detto, sono facilmente ricavabili dal grafico normalizzato riportato in fig. 2 moltiplicando i valori riportati sull’asse delle ascisse per il valore della vostra frequenza di risonanza. La vostra curva è quella relativa allo stesso QTC. Se non siete soddisfatti potete ancora chiedere al vostro computer di aiutarvi ad apportare delle varianti al progetto.

La prossima domanda sarà: “VUOI CAMBIARE CASSA (S/N)?”; alla risposta “S” vi verranno riproposte le domande relative alla cassa, a partire dalla scelta fra frequenza di risonanza e volume. Se non immetterete dati verranno impiegati nuovamente quelli precedenti; attenzione quindi, se volete apportare delle varianti aspettate a premere il tasto fino a quando non avete digitato un numero.

La seconda possibilità è di appesantire il cono: “VUOI VARIARE MS ALTOP. (S/N)?”; valgono le cautele esposte nella parte introduttiva. Se deciderete di applicare una massa aggiuntiva, tutti i dati relativi al woofer verranno ricalcolati e ripresentati sullo schermo. Poi si ricomincia a decidere la cassa a partire dalla potenza installata. Per alleggerire un altoparlante di una massa aggiuntiva indesiderata basterà aggiungere una massa “negativa”, ovvero preceduta dal segno “meno”.

FIGURA 3 Schema di collegamento per la rilevazione del modulo dell'impedenza di un altoparlante (o di un sistema altoparlante-cassa) per diversi valori della frequenza del segnale applicato
Schema di collegamento per la rilevazione del modulo dell’impedenza di un altoparlante (o di un sistema altoparlante-cassa) per diversi valori della frequenza del segnale applicato


FIGURA 4 Tipico andamento della curva del modulo dell'impedenza di un altoparlante (o di un sistema a sospensione pneumatica) in funzione della frequenza.
FIGURA 4 Tipico andamento della curva del modulo dell’impedenza di un altoparlante (o di un sistema a sospensione pneumatica) in funzione della frequenza.

Se all’ultima domanda: “VUOI RICOMINCIARE (S/N)?” risponderete con la “S”, fate attenzione: tutti i dati sono ancora in memoria e potete mantenerli nella stessa sequenza in cui vi verranno richiesti; ma se volete cambiare qualcosa nelle opzioni successive, dovrete rispondere “0″ alla prima. Se ad esempio vi siete accorti di una incongruenza dei dati e volete immettere un nuovo valore per il VAS (Volume equivalente), alla domanda sul diametro sulla fS e sulla RE potrete semplicemente premere RETURN, ma alla domanda sulla MS dovrete rispondere “0″ per vedere apparire la richiesta del VAS.
Se avete un laboratorio a disposizione
La prima cosa da fare è porre l’altoparlante su un piano ben solido con il cono rivolto verso il basso. in questa condizione il rumore ambiente captato dall’altoparlante sarà il minimo e la misura della resistenza della bobina mobile non dovrebbe porre particolari problemi.
Effettuata questa prima rilevazione dovete girare l’altoparlante con il cono verso l’alto ed effettuare i collegamenti riportati in FIGURA 3 necessari per misurare il valore dell’impedenza dell’altoparlante a diversi valori della frequenza del segnale applicato.
Immesso il dato di resistenza RE si passerà ad introdurre il dato di frequenza di risonanza: quello al quale l’impedenza è massima (FIGURA 4).
Se avete calibrato correttamente il vostro set di misura con la resistenza campione (ad esempio regolando il livello dei segnale in modo da leggere “10″ su una qualunque scala quando collegate una resistenza da 10 ohm esatti al posto dell’altoparlante) potrete leggere, magari cambiando scala, anche il valore di impedenza in corrispondenza alla frequenza di risonanza; usualmente troverete valori compresi fra i 20 e i 150 ohm.
All’immissione di questo dato il computer vi fornirà il valore di Z(1/2);

Rilevazione dei punti caratteristici della curva di impedenza per il calcolo dei parametri di Small.
Rilevazione dei punti caratteristici della curva di impedenza per il calcolo dei parametri di Small.


Rilevazione della frequenza di risonanza dell'altoparlante con massa aggiunta ai fini del calcolo della massa sospesa.
Rilevazione della frequenza di risonanza dell’altoparlante con massa aggiunta ai fini del calcolo della massa sospesa.


La rilevazione sperimentale in campo vicino della risposta in frequenza dell'altoparlante fornisce risultati in eccellente accordo con quelli elaborati da "BASS-64".
La rilevazione sperimentale in campo vicino della risposta in frequenza dell’altoparlante fornisce risultati in eccellente accordo con quelli elaborati da “BASS-64″.

variando lentamente la frequenza prima verso valori più bassi e poi più alti della frequenza di risonanza dovrete rilevare i due valori di frequenza ai quali l’altoparlante presenta una impedenza pari a Z(1/2). Per verificare la correttezza dei dati immessi potrete provare a ricavare il valore della fS dalla seguente relazione: fS=Ö f1 x f2 Nel caso trovaste una grande differenza, con il valore trovato in precedenza, ricominciate. Immessi i primi cinque dati il computer è in grado di calcolare e stampare i valori di QMS, QES e QTS.

Alla prossima domanda: “MASSA AGGIUNTA [G]?” dovete rispondere con il peso in grammi della massa aggiuntiva che a questo punto dovete porre sul cono, o sulla cupola copripolvere o comunque in posizione molto prossima all’attacco della bobina mobile.

Ora dovete rilevare la nuova frequenza di risonanza e comunicarla al computer che vi risponderà con dati di CMS, MS e BI. L’ultima domanda è il diametro equivalente, il cui valore va immesso in mm. La “risposta” del computer è il livello in dB Spl per 2,83 V a 1 m, per emissione in un semispazio. li programma qui prevede la decisione se stampare o meno i risultati della misura; se non possedete la stampante vi consigliamo di annotarli tutti accuratamente. Procedendo senza stampare si passa alla fase di stampa dei dati ridotti e di progetto della cassa.

Se vorrete richiamare tutti i dati misurati in un secondo momento, e non avrete apportato varianti alla massa dell’altoparlante, potrete sempre tornare all’inizio rispondendo “S” alla domanda “VUOI RICOMINCIARE?” per poi scegliere la opzione di misura diretta premendo RETURN più volte fino alla completa presentazione dei dati precedentemente misurati. La stessa sequenza di misure necessaria per far girare il programma fino alla stampa dei dati di QMS, QES e QTS può essere utilizzata per verificare le prestazioni del diffusore dopo averlo costruito (o acquistato). Basterà in questo caso immettere tutti i dati richiesti misurando al posto dell’altoparlante il diffusore completo. La rilevazione corretta dovrebbe essere effettuata escludendo il filtro passivo del woofer, per poi sommarne l’intervento (misurato a parte) a misura della cassa senza filtro avvenuta. Nel caso di alcuni diffusori utilizzanti induttanze di filtro particolarmente grandi, condensatori in serie al woofer o circuitazioni molto particolari, la misura effettuata direttamente ai morsetti dei diffusore senza escludere il filtro conduce a risultati errati o impossibili. Nella maggior parte dei casi invece i risultati ottenuti sono abbastanza attendibili e comunque utili per valutazioni di massima. In ogni caso la misura effettuata sul diffusore che avrete costruito, effettuata interponendo fra gli strumenti e il woofer solo una resistenza di valore pari a quella della bobina di filtro prevista, vi consentirà di rilevare parametri dei tutto attendibili e di tarare al meglio la quantità e la disposizione dell’assorbente acustico all’interno dei mobile per conseguire i desiderati fC, QTC e relativa risposta in frequenza.