Sommario e introduzione

• Le verifiche prima di iniziare
• Un caso reale: Seas vs. ATD
• Misura del mid e taglio con il tweeter
• Quanto può scendere il mid senza rompersi?
• Il passa-alto del midrange ATD
• Conclusioni e anticipazioni

Siamo finalmente arrivati al filtro forse più complesso da realizzare, quello che però definisce la qualità di un intero progetto in un diffusore a tre vie: il passa banda del midrange. Il filtro completo di un midrange comprende una sezione passa alto alla frequenza più bassa che il driver deve riprodurre per incrociarsi col woofer ed una sezione passa basso alla frequenza più alta che il driver può emettere per incrociarsi correttamente col tweeter.

Le verifiche prima di iniziare

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Le verifiche da effettuare prima di darsi da fare col crossover elettronico sono più d’una e personalmente vi invito a non sottovalutarle, anche perché….

LA RISPOSTA IN FREQUENZA NON BASTA E NON E’ TUTTO!

Le verifiche da fare prima di tentare un qualunque incrocio sono le seguenti:

1. A che frequenza posso “scendere” col passa alto del midrange per non fare danni?
2. Che pendenza deve avere la somma tra risposta del midrange e quella del filtro?
3. Che pendenza deve avere il passa basso per lavorare col tweeter?
4. La frequenza di incrocio del passa basso non mi riserverà sorprese fuori asse?
5. Una volta messi insieme il passa alto ed il passa basso non ci saranno interazioni tra le due celle?
6. Le riflessioni e le colorazioni interne sono state ridotte al minimo?
7. Il mio crossover elettronico riuscirà a “coprire” l’intervallo che mi serve con i giusti fattori di merito?

Non si tratta, come potete vedere, di quesiti banali, ai quali per altro dobbiamo fornire delle risposte adeguate, giusto per realizzare un filtro corretto che possa legare sia col woofer che col tweeter. In effetti si tratta di un incastro abbastanza critico, tanto che personalmente, per evitare grane, preferisco quando è possibile realizzare prima l’incrocio tra midrange e tweeter ed adattare poi l’incrocio tra woofer e midrange, cercando di mantenere in questo caso le minori pendenze possibili. Vi ricordo ancora, a costo di ripeterlo per l’ennesima volta, che il passa alto acustico ottenuto da una filtratura di qualsiasi tipo: passiva, meccanica o elettronico, rappresenta la somma tra la risposta del trasduttore e quella del filtro. Ciò significa, nel caso del midrange, che il passa alto dovrà necessariamente tenere conto della pendenza acustica del driver e contemporaneamente della risposta in alta frequenza dello stesso driver nella realizzazione del successivo passa basso.

Un caso reale: Seas vs. ATD

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Partiamo da quello che mi è capitato in 40 anni di consulenze ai miei bislacchi clienti. Si presenta in studio un conoscente, con un diffusore a tre vie di una nota marca nordeuropea a cui su suggerimento del solito amico competente ha sostituito il crossover passivo con un filtro attivo dotato anche si equalizzatore. Il tweeter è un Vifa che fa benissimo il suo dovere mentre il woofer da 10 pollici è un Peerless, caricato in bass reflex in un volume notevole tramite due condotti posteriori di buone dimensioni e comunque blandamente equalizzato. Il midrange, e qui viene il difficile, è un Seas da 13 cm che non viene più prodotto e che è quasi letteralmente andato a fuoco nell’equipaggio mobile. Ovviamente è inservibile.La flangia arrotondata soltanto sugli spigoli rende inutilizzabili quasi tutti i midwoofer in commercio dotati di cestello tondo. Sospirando cerco le chiavi dello scantinato del laboratorio e mi avventuro nella catacomba.

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Rimedio, dopo un certo tempo, due midwoofer della ATD con la membrana in copolimero, una cupola parapolvere morbida in foam e ed il famoso cestello simile, se non identico a quello della Seas. Proviamo il midwoofer sul bellissimo pannello frontale, giusto per verificare che va alla perfezione nel rigido filo di pannello fresato dal costruttore. Lo monto al suo posto e tento speranzoso di amplificare i tre altoparlanti con i tre amplificatori ed il crossover elettronico che costituiscono l’impianto del mio cliente/amico.Niente da fare: la risposta è veramente alterata, con un discreto buco in gamma di incrocio ma col contributo notevole sia del woofer, incrociato molto in basso, e del tweeter che sembra avere, almeno in asse, una risposta da manuale. In queste condizioni il midwoofer risuona a circa 100 Hz e propone senza alcun filtro, una risposta simile ad un Butterworth del secondo ordine. Il vecchio midwoofer lavorava in un volume chiuso di quasi cinque litri senza alcuna cura per il trattamento del foro di montaggio e con una coibentazione di acrilico bianco che fa quello che può. Verificherò col MLSSA. Collego i cavi e posiziono il diffusore sul trespolo di misura mentre attendo che si scaldi il microfono e tutto il setup di misura, compreso l’ampli dell’Audiomatica, che per andare a regime ha bisogno si e no di una decina di secondi.

Misura del mid e taglio con il tweeter

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a misura del midwoofer al suo posto ci porta al grafico di Figura 1 ove possiamo notare sia la rilevazione in asse che quella fuori asse. Possiamo apprezzare il discreto rigonfiamento tra 600 e 1200 Hz dovuto al mancato trattamento del foro sul pannello frontale, una risposta molto “morbida” in gamma medioalta senza accenni di breakup, caratteristica questa del cono in copolimero, ed una risposta fuori asse che proprio al suo limite rende possibile una buona estensione fino a 2000-2500 Hz. Per effettuare un corretto incrocio col tweeter è necessario infatti che anche la misura della risposta fuori asse a 45° sul piano orizzontale sia analizzata con la massima attenzione.

Questo permette di evitare un incrocio che sull’asse sembra perfetto ma che fuori asse può presentare vistose irregolarità che comprometterebbero il campo riverberato. Guardo la risposta filtrata del tweeter e tiro un respiro di sollievo, visto che il taglio scelto è proprio un LR2 a 2500 Hz. Il midwoofer ci sta ben dentro!  Definiamo allora la frequenza del passa basso a 2500 Hz con una pendenza del secondo ordine acustico per non avere interazioni eccessive di fase acustica all’incrocio. Occorre ora verificare quanto debba valere la risposta del passa alto a bassa frequenza per evitare che l’escursione a potenze elevate possa danneggiare il midwoofer, vista la sua escursione limitata a soli 6 millimetri picco/picco.

Quanto può scendere il mid senza rompersi?

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Per decidere la frequenza più bassa che è conveniente scegliere per il passa alto del midrange io uso una particolare misura che con gli anni si è dimostrata estremamente valida: quella della “distorsione a rovescio” Un supporto che mi sono realizzato vede 100 burst di sinusoide registrati, con la prima traccia che parte da 400 Hz e l’ultima che fa emettere all’altoparlante i fatidici 20 Hz. Con MLSSA in configurazione “distorsiometro triggerato” e col trasduttore che viene pilotato per emettere tra i 95 ed i 100 dB a seconda della sua sensibilità, scendo traccia dopo traccia con la frequenza fino a che la terza armonica si pone tra il 2 ed il 3%.

Quello è il limite. E’ comodo che le frequenze si susseguano al contrario, visto che una volta raggiunto il limite mi posso fermare senza fare danni. Il midrange in esame ha una sensibilità media di 86.5 dB a 2,83 volt, motivo per il quale scelgo una pressione di 95 dB per effettuare la misura. Per emettere questa pressione occorre che l’amplificatore fornisca una tensione:

Vout = 2,83 x 10^ ^{[(95-86,5)/20]}

che, calcolatrice alla mano, vale 7,52 vrms. Con l’amplificatore collegato anche all’oscilloscopio raggiungo con attenzione il livello sulla lunga nota iniziale dei 400 Hz e posiziono il microfono di fronte al mobile. Frequenza dopo frequenza arrivo al limite prefissato di distorsione a 132 Hz, tanto da scegliere come incrocio 200 Hz, così da essere più sicuri. Alle frequenze mediobasse la distorsione misurata è davvero molto contenuta. Il woofer ha una risposta in frequenza abbastanza lineare fino a 600-700 Hz motivo per il quale ho un buon margine nell’incrocio che il mio cliente aveva posto a circa 200 Hz e che rispetta un andamento acustico del secondo ordine bene in linea con l’andamento teorico.Ora dovrei fresare la parte interna del foro del midrange ma il mio cliente si rifiuta di far effettuare questa fresatura per la paura di rovinare il mobile, in vero molto bello. Mi dice che nel crossover elettronico c’è l’equalizzatore parametrico e che con questo riallineeremo la risposta. Gli spiego che un conto è l’equalizzazione ed un conto sono le risonanze, ma non c’è niente da fare. Vabbe’. Rimuovo dall’interno il poco acrilico disposto un po’ a casaccio e lo sostituisco con una parziale copertura di feltro ad alta densità, sistemando l’acrilico trovato ai lati del midwoofer e integrandolo con un altro rotolo dello stesso materiale bene avvolto fino a formare una sorta di cilindro ben pressato che sistemo alle spalle del driver. Provo una waterfall col MLSSA ed ottengo un decadimento accettabile, ma con la risonanza sempre al suo posto, appena attenuata. Misuro di nuovo la risonanza che si è spostata di poco verso il basso e mi dichiaro pronto per l’inizio dei lavori di settaggio del crossover elettronico.

Il passa-alto del midrange ATD

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artiamo osservando che la risposta del midwoofer di figura 1 è almeno una ottava più estesa di quanto effettivamente ci serva. La scelta, come abbiamo visto, è quella di un passa alto del secondo ordine con andamento Linkwitz-Riley. Ciò implica che il filtro passa alto che andremo a disegnare deve essere in serie al passa alto naturale del midwoofer. Trattandosi di una cassa chiusa che risuona 96 Hz con un andamento del tipo Butterworth del secondo ordine per non variare pendenze ed andamenti ci conviene partire da un passa alto a bassissima frequenza con uno smorzamento elevato, ovvero con un q bassissimo. E qui viene il primo problema, visto che poco al di sotto di un q 0,5 il crossover elettronico ha dei problemi e non riesce a calcolare i coefficienti del filtro FIR . Al simulatore ho generato una curva target formata, come abbiamo visto, da un passa alto LR2 a 200 Hz ed un passa basso sempre LR2 a 2500 Hz. Ai più pigri ricordo che LR2 sta per Linkwitz Riley del secondo ordine. Ho ipotizzato allora un filtro “teorico” ad una frequenza pari ad un quarto di quella di taglio con un fattore di merito (q) bassissimo, diciamo 0,2, inarrivabile per un filtro FIR.

La scelta allora è stata quella di usare un passa alto del secondo ordine con andamento Linkwitz che il crossover elettronico contempla e di serializzargli un filtro notch, con l’equalizzatore centrato in frequenza a metà della frequenza di taglio, ovvero 100 Hz. A questo punto col q di 0,5, caratteristico del Linkwitz è chiaro che per modificare appena la risposta in gamma mediobassa dovrò utilizzare un notch non largo in frequenza, con un q doppio rispetto a quello scelto per il passa basso ed una attenuazione di 8 dB, trovata per….approssimazioni successive. Oltre a ciò ho serializzato un secondo equalizzatore centrato a 900 Hz con un q che vale 2,5 ed un guadagno di -4,5 dB per eliminare, almeno nella risposta “statica”, il picco presente in gamma media. Alla fine il passa alto si presenta molto simile alla curva target per cui mi concentro sul passa basso LR2 centrato a 2500 Hz. La procedura è sostanzialmente la stessa, col passa basso vero e proprio centrato a 5000 Hz, il doppio della frequenza di taglio con il fattore di merito fisso al Linkwitz Riley, ovvero 0,5 ed un guadagno unitario. Il passa basso è seguito da un notch, ovvero da un filtro dell’equalizzatore centrato a 3500 Hz con un q che vale 1 ed un guadagno che vale -3 dB.

Conclusioni e anticipazioni

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Alla fine della storia vi faccio notare che ho impiegato circa un’ora per trovare la quadratura del cerchio con tutta la strumentazione disponibile. Notate anche che i tagli dei filtri veri e propri sono profondamente diversi da quello che sembrerebbe facile ed immediato, ovvero ruotare la manopola del taglio in frequenza esattamente dove lo vogliamo effettuare.

Il q, che domina tutta l’operazione, è praticamente inesistente nei crossover elettronici tranne in quelli sui quali si può intervenire via software. Insomma “crossover elettronico è bello”, ma come avete potuto vedere non è proprio semplicissimo, quasi come un crossover passivo. Da domani tutti i “maestri” che vantano l’uso di un crossover elettronico come scelta “definitiva” saranno obbligati a spiegare che crossover usano e che tipo di filtri hanno usato rispetto alle frequenze di incrocio desiderate.

Nella prossima e - forse - ultima puntata, daremo uno sguardo al mercato, faremo il punto sui crossover digitali, dai più economici ai più sofisticati dotati anche di correzione dell'acustica ambientale e di sistemi di misura integrati. Cercheremo anche di stimolare un confronto, in modo da farvi ascoltare un crossover passivo contro un sistema digitale, sempre alla nostra maniera, quindi scegliendo un punto vendita e invitandovi ad ascoltare lo stesso sistema di riferimento in una sfida alla cieca. Che ne dite? Vi piace l'idea? Fatecelo sapere nei commenti.

Sommario e introduzione

• Le verifiche prima di iniziare
• Un caso reale: Seas vs. ATD
• Misura del mid e taglio con il tweeter
• Quanto può scendere il mid senza rompersi?
• Il passa-alto del midrange ATD
• Conclusioni e anticipazioni