SOMMARIO

• Realizziamo un passa basso per il woofer
• Come crossoverare velocemente un altoparlante
• Il passa alto per il tweeter: attenzione alla pendenza!
• Commento alla filtratura ottenuta
• Conclusioni dopo la seconda puntata
• Anticipazioni sulla prossima puntata

Figura 1. Schema di un sistema con crossover elettronico
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Nella prima puntata vi ho fatto notare come la risposta acustica di un altoparlante, ovvero quello che viene emesso e che sentiamo, risulta essere la somma tra il filtro crossover, passivo o attivo che sia, e la risposta propria dell’altoparlante non filtrato. Trattandosi di grandezze complesse va da se che le due risposte si sommano sia in modulo, che in fase. Il modulo viene mostrato nei grafici di risposta come pressione emessa, mentre la fase-somma viene interpretata, assieme all’offset, come fase acustica. Voglio ritornare su questo concetto perché risulta essere quello più difficile da capire. Per farlo, al posto di tante parole, mi esprimerò con dei grafici, giusto per avere un immediato riscontro, certamente più comprensibile.

Figura 1
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Realizziamo un passa basso per il woofer

Partiamo da un componente mediamente economico dagli occhi a mandorla, caratterizzato da una risposta più o meno regolare fino al limite teorico di emissione “a pistone” visto la puntata scorsa ovvero Ka=1 che nel nostro caso vale 995 Hz. Come possiamo vedere dalla risposta in frequenza di Figura 1 è proprio oltre i 1000 Hz che la misura effettuata in asse inizia a salire fino a sfiorare, a circa 3200 Hz, la pressione di 95 decibel. Ovviamente anche la risposta fuori asse risente di questo picco, che dovremo eliminare in qualche maniera. Osservate bene il grafico di risposta, misurato su un volume chiuso senza uso di assorbente e con un Qtc maggiore di 1. Possiamo notare, prima di scegliere la filtratura più consona, come dopo il vistoso break-up a 3200 Hz la risposta precipiti velocemente. Questo andamento non è in grado di assicurare che scegliendo un filtro a bassa pendenza la pressione segua la “linea guida” che ci siamo imposti. Nonostante questa particolarità decidiamo di effettuare un incrocio a circa 2500 Hz con un andamento del tipo Linkwitz Riley, anche tenuto conto delle specifiche e della tenuta in potenza del tweeter. Guardando la risposta si intuisce che occorrerà un filtro molto smorzato (ovvero con un q molto basso) per poter recuperare un po’ di regolarità senza dover far ricorso ad una specifica cella notch (ovvero elimina-banda).

Figura 3
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Dopo qualche prova ho preferito aggiungere una curva teorica (curva blu) così da avere un riferimento certo. Si tratta della famosa ed utile “linea guida”. Alla fine, come previsto, non sono riuscito ad allineare la risposta alla curva target oltre i 4000 Hz, ma osservate come l’andamento sia molto preciso in tutta la gamma di frequenze interessata all’incrocio (Fig. 3). La linea blu, immessa di proposito, rappresenta la risposta target alla quale fare riferimento durante la costruzione del filtro. Il crossover elettronico è stato settato a 1453 Hz con un q molto vicino al Bessel del secondo ordine, come visibile nel grafico di Fig. 2.

Figura 2
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Vi faccio notare come con un q quasi teorico ed una frequenza di taglio molto più bassa di quella scelta, poco più della metà, sia stato possibile ottenere un andamento sostanzialmente corretto ed in linea con quanto previsto. Alla fine dei giochi vi invito a guardare la Fig. 4 ove ho sistemato in serie le varie risposte, ove si nota quanto abbiamo sostenuto finora, ovvero che il risultato finale è costituito dalla somma del filtro crossover e della risposta propria dell’altoparlante, con le pecche di quest’ultimo che DEVONO essere compensate dal filtro crossover, sia esso analogico o digitale.

Figura 4
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Come crossoverare velocemente un altoparlante

Ci sono molti metodi per ridurre velocemente la risposta di un altoparlante a quanto abbiamo deciso, sia come frequenza di taglio che come andamento. In tutti i casi è quanto meno opportuna la possibilità di poter eseguire delle rilevazioni strumentali, giusto per vedere dove stiamo andando e quanto siamo distanti dalla risposta target che abbiamo deciso. Il mio personale metodo per giungere velocemente ad un incrocio corretto consiste nel generare innanzitutto una curva con l’andamento che ho deciso di adottare, la cosiddetta “curva target”, che sovrapposta alla risposta del trasduttore indica lo scostamento …tra desiderio e realtà. Una volta stabilito il riferimento si può lavorare utilmente su due grandezze: la frequenza di taglio ed il fattore di merito. La prima ci serve per avvicinare quanto più possibile le due risposte, quella reale e quella target, controllando la similitudine a frequenze poste ben oltre la frequenza di taglio, dove la pendenza è ormai definita.

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In seconda battuta la variazione del q del filtro serve per piegare esattamente la pressione proprio alla frequenza di taglio del filtro. In effetti in questo modo è possibile allineare facilmente la risposta prevista con quella target ed in media occorrono quattro o cinque tentativi una volta presa confidenza con la relazione tra crossover elettronico e risposta reale. Va da sé che occorre sempre una verifica strumentale e che quindi una strumentazione abbastanza precisa sia d’obbligo. Non credo che ci siano molti margini per realizzare un diffusore dalle buone pretese se ci si affida soltanto all’orecchio, per quanto allenato possa essere. Le fasi acustiche, l’articolazione ed il disegno dello stage sonoro dipendono sempre da una oculata scelta dei parametri iniziali, sia nella costruzione del mobile come nella scelta della frequenza di incrocio e delle pendenze dei filtri e risultano abbastanza difficili da mettere a punto ad orecchio.

Il crossover elettronico digitale Behringer DCX2496
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Il passa alto per il tweeter: attenzione alla pendenza!

Dopo aver realizzato un buon passa basso per il woofer nello stesso modo si deve realizzare il passa alto del tweeter, in un ipotetico due vie. Per la risposta del trasduttore delle note alte occorre un approccio appena differente. Un buon tweeter, pur avendo in genere una risonanza prossima ai 900-1000 Hz è già a tutti gli effetti un passa alto del secondo ordine a cui va posto in serie un secondo passa alto alla frequenza di taglio scelta per l’incrocio. Dovremmo tenere nella massima attenzione questa particolarità. La risposta del filtro passa alto e quella del tweeter si sommano in serie, sia in modulo che in fase, dando origine ad un filtro-somma che in genere ha una pendenza maggiore ed una risposta non sempre regolare.

Ecco spiegato il motivo per cui nei filtri crossover di qualunque tipo in genere un passa alto del terzo ordine elettrico poi, sommandosi con la risposta del tweeter dà origine ad un passa alto del quarto ordine acustico.

Un tweeter SEAS
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Che è lo stesso motivo per il quale realizzare un passa alto acustico del primo ordine risulta molto difficile se non impossibile fino alla gamma bassa. Occorre ancora ricordare che la risposta del tweeter alle frequenze papabili per l’incrocio non è affatto direttivo come molti sostengono e che quindi la risposta fuori asse sono quasi l’esatta replica, a queste frequenze, l’esatta replica della risposta in asse. In gamma altissima invece conviene sempre dare una leggera enfasi, diciamo da 8000-9000 Hz a salire, visto che quello che ascoltiamo è la summa tra la risposta in asse e quella fuori asse, che è sempre calante all’aumentare della frequenza. Forti di queste conoscenze andiamo ad analizzare con attenzione la risposta del tweeter montata sul baffle frontale del diffusore, in modo da includere anche eventuali alterazioni. Siamo di fronte ad un vecchio modello della SEAS, caratterizzato da una cupola morbida termoformata dall’invidiabile risposta in frequenza estremamente regolare almeno su pannello normalizzato IEC. Posto che questo tweeter non c’entra nulla col woofer preso in esame prima diamo un’occhiata alla risposta presa direttamente sul baffle del diffusore. Un progettista scellerato ha deciso, sua sponte, di fissare il tweeter alla stessa distanza dai bordi laterali e da quello superiore, con il risultato che le tre diffrazioni dei bordi raggiungano il microfono nello stesso momento ma in controfase con l’emissione diretta della cupola, cosa che produce uno stretto ma visibile avvallamento a circa 3200 Hz, appena mitigato dai bordi ben raccordati, come la moda dell’epoca suggeriva.

Figura 5
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Possiamo vedere la risposta in Fig. 5, effettuata, ovviamente, senza alcun crossover e possiamo notare comunque una sensibilità notevole, a cavallo dei 95 dB. Un filtro a bassa pendenza sarebbe comunque afflitto dall’attenuazione localizzata a 3200 Hz, motivo per il quale mi sono orientato immediatamente verso un filtro del quarto ordine, disponendo in serie due passa-alto attivi del secondo ordine sganciati in frequenza tra loro e con il fattore di merito variabile in modalità parametrica da circa 0,38 a 2. Dopo aver calcolato e sovrapposto la curva target ed aver passato un discreto tempo a smanettare sui potenziometri con la regia vigile di MLSSA sono giunto ad una risposta bene in linea con l’andamento Linkwitz Riley che volevo ottenere. Non ho usato alcuna equalizzazione in gamma altissima ben conoscendo il comportamento di questo tweeter che in gamma alta tende a proporre una distorsione armonica molto ben udibile, proponendo un suono molto freddo.

Figura 6
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Una volta rilevata la curva del crossover elettronico ho potuto notare un particolare terribile, almeno per quelli che studiano i filtri soltanto sulla carta. L’andamento totale del filtro è un Chebyschef, un filtro mal smorzato che viene additato tra le peggiori nefandezze possibili in tema di filtri crossover. Meno male che vale ancora la regola enunciata nella prima puntata secondo la quale quello che sentiamo ha a che vedere con la risposta acustica totale, ovvero con la somma tra il filtro crossover e la risposta dell’altoparlante! La risposta ai capi del crossover è visibile in Figura 6 mentre la somma tra risposta del filtro e quella dell’altoparlante è visibile in Figura 7, alla quale ho sovrapposto anche la curva target.

Figura 7
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Commento alla filtratura ottenuta

La risposta acustica totale è stata ottenuta sommando in serie due filtri passa alto del secondo ordine. Il primo è stato scelto a 870 Hz con un q che vale 0,4, vicino ai limiti del mio crossover parametrico mentre il secondo è tagliato più in alto rispetto alla frequenza di incrocio scelta. Avevo scelto i 3000 Hz come utile taglio per il tweeter che si doveva incrociare con un midwoofer da appena 10 cm di diametro, bene in grado quindi di raggiungere questa frequenza anche nella rilevazione fuori asse. Il secondo filtro passa alto con una attenuazione di 6 dB è centrato a 4000 Hz con un q, udite udite, che vale 1. “Non suonerà bene, non può suonare!” affermeranno i soliti soloni da tastiera, ma il tweeter non lo sa e continua a suonare molto bene. Notate nella risposta filtrata come i residui dell’attenuazione a 3200 Hz siano ancora visibili e come la gamma altissima in leggera discesa tenti di stemperare la freddezza tipica di questo pur notevole tweeter.

Figura 8
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Vi faccio notare come la fase acustica del tweeter, che qui non è visualizzata, passi per i 180°, come ogni LR4 che si rispetti, a circa 250 Hz di distanza dalla frequenza di taglio scelta, ovviamente in ritardo. Si potrebbe pensare anche che la cella passa alto centrata a 870 Hz sia abbastanza poco utile, ma ciò rappresenterebbe un errore notevole, almeno nei riguardi della fase acustica che a frequenze appena inferiori a quella di taglio si sposterebbe facendo perdere la similitudine con quella del midwoofer, consentendo pochi margini operativi nel disegno della scena acustica. In Figura 8 possiamo apprezzare il risultato ottenuto con un filtro passivo, ove è più facile far sparire l’attenuazione a 3200 Hz per un inviluppo della risposta molto aderente alla curva target teorica. La perdita di inserzione è al massimo 0,3 dB nella gamma delle frequenze altissime e la cosa smentisce tutti quelli che parlano di filtri passivi senza mai averne realizzato uno.

Conclusioni dopo la seconda puntata (anche se ancora non siamo pronti)

Le conclusioni che possiamo trarre da questi due esempi pratici, effettuati su due altoparlanti REALI, crossoverati e misurati con una eccellente strumentazione di misura e quindi non a chiacchiere senza esempi, porta a tre considerazioni fondamentali:

1. La frequenza di taglio elettrico e quella dell’effettiva risposta acustica ottenuta sono a volte molto differenti. Ciò suggerisce di non tentare di incrociare gli altoparlanti a orecchio, ma di effettuare misure mediamente precise, come occorrerebbe fare per un crossover passivo.
2. Un crossover elettronico privo del controllo del fattore di merito (q) risulta difficile da ottimizzare per l’altoparlante che dobbiamo incrociare proprio per un motivo fondamentale: i due tra loro… non si conoscono ed è abbastanza difficile che se la intendano secondo l’andamento che abbiamo deciso di ottenere.
3. L’attenuazione di un filtro crossover passivo realizzato a regola d’arte difficilmente supera qualche decimale di decibel, mentre l’ottenimento della stessa identica risposta conduce inevitabilmente allo stesso identico andamento della fase acustica. Il metodo suggerito, variando soltanto la frequenza ed il fattore di merito, ci consente in pochi tentativi di avvicinare la curva target che ci siamo prefissi di ottenere.

Anticipazioni sulla prossima puntata

Nella prossima puntata vedremo come incrociare due altoparlanti REALI e magari come inserire una terza via costituita da un passa banda. Vedremo anche come con l’ausilio di un crossover elettronico in commercio sia possibile realizzare un tre vie di buone prestazioni. Se qualche particolare della prima e/o della seconda puntata non vi è chiaro non avete che da scrivermi. Stiamo ipotizzando comunque una sorta di corso-video sui filtri crossover, sia attivi che passivi, tanto per correggere tutte le fesserie che molti guru senza esperienze reali di progettazione stanno distribuendo sui vari social che la rete consente. Tra le tante voci presenti sulla rete inseriremo anche la nostra, che ha in più il vantaggio di essere credibile, grazie a misure reali e spiegazioni chiare.