Un primo progetto
Le prestazioni in bassa frequenza del Dayton Audio RS100-4, montato sulla linea test, mi hanno particolarmente colpito e ho quindi deciso di utilizzarlo per realizzare un piccolo monitor nearfield. Si tratta di un altoparlante da 4 pollici della tipologia full-range (anche se sarebbe più corretto definirlo larga-banda o extended-range) e quindi perfetto per un progetto monovia. L’abbinamento di larga-banda e TL è particolarmente apprezzato dagli auto-costruttori e viene di frequente associato all’utilizzo di altoparlanti ad alta sensibilità: cono leggero, grande equipaggio magnetico e molto spesso un secondo cono (whizzer) in prossimità della cupola para-polvere per linearizzare la risposta alle frequenze più alte. Questi altoparlanti, pur avendo un’ottima risposta ai transienti, sono penalizzati nell’estensione verso le basse frequenze: la pressione acustica è direttamente proporzionale all’accelerazione del cono, ma, per ottenere una buona accelerazione, bisogna realizzare coni molto leggeri che caratterizzano l’altoparlante con un’alta frequenza di risonanza. Quest’ultimo parametro incide moltissimo sull’equilibrio del sistema, basti pensare che l’efficienza (strettamente collegata con la sensibilità, al punto da essere spesso confusa con essa) è direttamente proporzionale al cubo della frequenza di risonanza. Questa premessa non vuole certo denigrare le doti degli altoparlanti ad alta sensibilità, che trovano delle interessanti applicazioni in contesti particolari, ma serve solo a sottolineare che, in questo caso, l’altoparlante utilizzato ha una sensibilità, medio bassa, di circa 87 dB (2,83V-1m). Dal momento che l’altoparlante ideale ancora non esiste, come abbiamo peraltro visto sopra, per migliorare un parametro bisogna inevitabilmente sacrificarne un altro facendo sostanzialmente un compromesso tra estensione in frequenza, massa mobile e risposta ai transienti. In questo caso la copertina corta è stata tirata nella direzione che si tende a prendere nello sviluppo dei moderni altoparlanti a grande escursione e che consente a un cono con diametro effettivo di appena 6,7 cm di avere una frequenza di risonanza di 87 Hz.
Questo progetto è stato complementare allo sviluppo del modello computerizzato e si è rivelato indispensabile per testarne la flessibilità. Una cassa a linea di trasmissione reale, infatti, non coincide quasi mai con il classico tubo dritto a sezione costante (e identica a quella del cono dell’altoparlante) e un modello valido deve fornire risultati altrettanto validi anche in caso di variazioni della geometria del condotto.
Dimensionamento della TL
Come accenato sopra, il progetto delle HADO, i piccoli monitor che vado a illustrare, si è sviluppato parallelamente a quello del software. Per la verità i primi sono serviti a completare il secondo più di quanto non sia vero il contrario. L’idea era quella di realizzare, partendo dai dati raccolti con la linea test, una TL a sezione costante foderata con foam poliuretanico. La frequenza di accordo, per limitare l’escursione del cono alle basse frequenze, coincide con la fs dell’altoparlante. Questo si ottiene semplicemente dimensionando la lunghezza con la seguente equazione:
dove fp è appunto la frequenza del primo modo di risonanza. Ho poi ridotto la lunghezza di un fattore 0,73 dato dal rapporto tra la velocità del suono nella linea foderata al 50% e quello della velocità del suono in aria. Lo sviluppo delle HADO è quindi di 73 cm (notare che la linea test, lunga 1 metro, è casualmente accordata con la frequenza di risonanza dell’altoparlante). Il volume totale è di 4,5 litri e, da una simulazione preliminare, dovrebbe consentire una f3 di almeno 65 Hz.
Il piccolo offset necessario al montaggio dell’altoparlante sul pannello frontale, anche se di pochi centimetri, aiuta a controllare la risonanza della seconda armonica (3fp), e mitiga il primo avvallamento nella risposta del sistema, senza praticamente influire sull’apporto di basse frequenze dell’apertura.
Ho aggiunto una piccola camera di accoppiamento, pari a un terzo del volume totale, per osservare l’impatto che questa avrebbe avuto sul comportamento della TL. I dati raccolti sono stati fondamentali per integrare la camera di accoppiamento nel modello di simulazione. Ne è risultato che il metodo migliore per rappresentare la cedevolezza di questo volume d’aria aggiuntivo è un semplice condensatore in parallelo, con l’unica accortezza di posizionarlo correttamente lungo la linea a una distanza equivalente a quella dell’offset dell’altoparlante. Nella nostra linea lunga 73 cm ognuna delle 50 sezioni vale circa 1,5 cm; nelle HADO l’altoparlante è montato con circa 6 cm di offset, il condensatore va pertanto collocato a sostituire quello presente nella quarta sezione RLC.
Il modello contiene già le direttive che dimensionano automaticamente il condensatore inserendo semplicemente il volume della camera di accoppiamento (VCC).
Figura 13. SPL apertura. a) Con camera di accopiamento. b) Senza camera di accoppiamento.
Figura 14. SPL sistema con camera di accopiamento. a) Misura. b) Simulazione.
L’effetto della camera di accoppiamento sull’emissione dell’apertura è visibile nelle simulazioni di Figura 13. Dal momento che alle medie frequenze l’impedenza della TL diventa sostanzialmente resistiva, la cedevolezza acustica del volume d’aria aggiuntivo da origine a un filtro RC acustico la cui funzione di passa-basso aggiunge altri 6 dB/oct alla pendenza della risposta del condotto verso le alte frequenze. Da notare inoltre l’abbassamento della frequenza di accordo del sistema. La risposta in frequenza del sistema e la relativa simulazione sono visibili in Figura 14. Notare la f3 a circa 60 Hz.
Andrea Rubino
