Introduzione

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La misura dei parametri caratteristici di un woofer può essere effettuata in vari modi, ma occorre per forza di cose possedere almeno una scheda audio di buone caratteristiche e una interfaccia che riesca in qualche modo a legare la tensione alternata, direttamente misurabile dalla scheda audio, all’impedenza elettrica del woofer, ovvero alla parte reale e quella immaginaria dell’impedenza complessa che caratterizza un driver.

Abbiamo visto in una serie di due articoli (prima parte e seconda parte) quale siano le modalità che offrono le maggiori garanzie di precisione oltre alla non banale preparazione del trasduttore prima di essere dato in pasto alle misure. Vi ricordo che durante l’uso molto difficilmente un woofer avrà la bobina mobile a temperatura ambiente mentre è più probabile che questa, in un ascolto normale di media durata, si spinga oltre i 33-35 gradi. E’ questa la condizione termica sulla quale occorre indagare, anche con livelli del segnale test abbastanza moderati e tali da far muovere appena la membrana stessa.

Le teorie sia di Neville Thiele che di Richard Small partono proprio dalla linearità dei parametri garantita dal basso livello del segnale durante il test. Bene, oggi tutte le problematiche legate a questa misura sono elegantemente aggirate da questo scatolotto, grande quanto un pacchetto di sigarette, da collegare ad un pc tramite la porta USB. Il principio di funzionamento è quello della resistenza-serie di 1000 ohm che non soffre di particolari idiosincrasie anche per valori molto alti di impedenza. Iniziamo dalla ricezione del pacchetto consegnatoci dal corriere.

SOMMARIO

• Introduzione
• Preparazione al test
• La misura dell’impedenza
• Rub e Buzz + LCR
• Il generatore
• L'Oscilloscopio
• Conclusioni

Preparazione al test

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La confezione contiene il piccolo DATS V3, due cavi di connessione, uno rosso ed uno nero terminati su coccodrilli ed il cavo per il collegamento con una porta USB 2.0 Type A del computer. Il software deve essere scaricato dal sito del costruttore, specificando anche il sistema operativo di cui si dispone. Scaricato il software lo si installa senza ancora connettere il DATS V3 al computer. Terminata l’operazione, in tutto qualche minuto, si connette il DAS e si fa partire il programma, che verifica la presenza della scheda ed è pronto a sua volta a misurare.

Prima di effettuare delle misure occorre una calibrazione che si suddivide in due fasi: la prima cortocircuitando i due coccodrilli, andando su Impedance Analyzer e cliccando su Test Leads Calibration In questo modo il DATS analizza l’impedenza di cortocircuito e misura la resistenza dei cavi che poi terrà nel conto della misura. Nel DATS in prova questa resistenza vale 0,727 ohm. A questo punto sempre in Impedance Analyzer si dovrà cliccare su Impedance calibration e connettere i due coccodrilli alle due terminazioni metalliche poste ai lati dei due connettori.

Un’altra manciata di secondi serviranno al DATS per misurare la resistenza-serie di precisione posta all’interno. Nel DATS in prova tale resistenza vale 1000,1 ohm: molto precisa! Sono passati si e no dieci minuti ed il sistema è già pronto per la prima misura. Ci sono diversi modi di funzionamento del DATS : come misuratore di impedenze, come oscilloscopio e come generatore di segnali. Analizziamone il funzionamento.

La misura dell’impedenza

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Questa è di gran lunga la misura più interessante ed utile per i nostri scopi. Cliccando su Z (sull’icona in alto) a sinistra si accede al menù della misura che prevede due finestre ai lati del grafico vero e proprio, grafico che può essere cambiato nel look scegliendo il colore dello sfondo. La finestra di sinistra ci consente di scegliere le condizioni della misura mentre quella a destra ci mostra i risultati una volta scelto il metodo della massa aggiunta o quello del volume aggiunto (vedi la prima parte e la seconda parte del mio articolo sulla misura dei parametri degli altoparlanti). In alto a sinistra possiamo decidere il limite superiore di impedenza massima, cosa che torna utile per comprimere i grafici. Dopo la misura comunque il DATS visualizza tutto in un grafico grazie all’autorange che sceglie in automatico il limite superiore.

Appena al di sotto possiamo decidere il limite massimo e minimo della frequenza, potendo andare da 1 Hz a 20.000 Hz. Può tornare utile per allargare il grafico quando misuriamo dei woofer e non ci interessa più di tanto l’andamento ad alta frequenza. Se la frequenza di risonanza è fuori dal range scelto ci pensa il software a ristabilire il minimo range di visibilità. La sweeppata durante la misura in gamma alta comunque raggiunge sempre i 20 kHz, con un numero notevole di punti di acquisizioni, così da avere sempre dei picchi ben tondi e non appuntiti, caratteristici di un ridotto numero di acquisizioni. Stabiliti i limiti della misura sia in verticale (ohm) che in ascissa (Hertz) possiamo procedere con la misura. La prima misura è “Measure Free Air Parameters” che ci consente di identificare tutti i parametri elettrici derivati direttamente dalla curva di impedenza, ovvero Fs, Re, Qts, Qms e Qes (immagine in alto).

Attenzione perché la misura di Re, come su altri software, viene ricavata in alternata ad una frequenza molto bassa, motivo per il quale, almeno in questa rilevazione “free” conviene estendere la misura ad 1 Hz ovvero alla più bassa frequenza possibile. In media io ottengo risultati molto precisi cercando il valore del modulo a Fs/10. Come ho potuto constatare in una decina di misure il valore di Re trovato dal DATS corrisponde quasi sempre alla minima impedenza misurata. Una volta nota l’impedenza in aria libera e scelto sul pannello di destra il metodo di misura (massa aggiunta o volume aggiunto) notiamo che è possibile inserire altri dati, come la sensibilità dichiarata o la massa mobile dichiarata. Il sistema a questo punto non ha bisogno di una ulteriore misura e riallinea i valori in base alla misura in aria libera.

Io per questo test ho usato sia la massa aggiunta che il volume aggiunto, provando anche la Mms dichiarata dal costruttore (della quale in genere mi fido assai poco) e la sensibilità dichiarata, senza che il costruttore specifichi mai in che range di frequenza ha effettuato questa media. Non ricordo quale costruttore dichiara la sensibilità come pressione emessa alla frequenza alla quale la lunghezza d’onda eguaglia la circonferenza della membrana. I valori in questo modo sono leggermente differenti dalla misura reale (che io preferisco) ma comunque con uno scarto veramente esiguo. Sulla massa aggiunta ho diversi appunti da fare a questa scheda di misura. Il costruttore utilizza un segnale abbastanza energico, ovvero +9 dBu che tradotti significano

V rms = 10^{^(9/20)}x 0,775 = 2,18

col 0,775 che rappresenta la tensione rms equivalente a 0 dBu.

Ebbene io ritengo che questo sia un valore troppo elevato per questa misura nonostante la resistenza da 1000 ohm in serie. Per fortuna questo livello è regolabile andando in modalità generatore ed abbassando il livello dello sweep (ultimo in basso) a + 2 dB. La seccatura è che questo livello va abbassato ogni volta che si fa partire il programma, che assume per default il livello di +9 dBu. Anche sulla massa aggiunta che il software richiede per rendere congrua la misura ho degli appunti da fare. DATS infatti richiede che la massa aggiunta produca un abbassamento del 25 % della Fs precedentemente misurata, che io ritengo troppo alto.

Se eguagliamo la massa aggiunta alla probabile massa da misurare otteniamo un abbassamento teorico di circa il 30% mentre le misure effettuate con grande precisione con il laser mostrano che una massa sensibilmente più leggera non altera affatto la cedevolezza e fornisce risultati molto precisi. C’è da dire però che anche illustri costruttori di pregiati altoparlanti nordeuropei utilizzano una massa aggiunta molto elevata. Magari nelle impostazioni si potrebbe scegliere tra il 10 ed il 25%. Mi rendo conto però che sarebbe una scelta difficile per i comuni appassionati. Comunque una volta abbassato il segnale e aggiunta una massa notevole sulla membrana, massa che assieme al diametro va inserita nel pannello di destra, si può procedere alla misura.

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Alla seconda e veloce sweeppata (troppo veloce secondo me) il software prima verifica che la Fs sia diminuita almeno del 25% e poi calcola in un attimo tutti gli altri parametri, ovvero Mms, Cms, Vas e BxL. Premendo Control-D (immagine qui in alto) si ottiene un quadro della situazione molto particolareggiato. In basso a destra sono visualizzate anche le quattro grandezze per simulare il grafico dell’impedenza secondo il modello di Julian Wright che fornisce risultati estremamente precisi. Esportando la misura (File ->Export Impedance Data) sia in formato Dats che in formato CLIO, che alla fin fine sono due file di testo, otteniamo il salvataggio sia dei parametri misurati che il file completo dell’impedenza dalla minima frequenza scelta fino al limite dei 20.642,5 Hz.

Rub e Buzz + RCL

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Ancora sul pannello sinistro troviamo il test di Rub e Buzz che partendo da un driver campione verifica tutte le anomalie meccaniche, come lo sfregamento della bobina mobile nel traferro oppure i rumori provenienti dal centratore o dall’anello di sospensione. Le ultime tre misure riguardano la verifica veloce di Resistenza, induttanza e capacità, come se si trattasse di un preciso ponte RLC. Ma il DATS fa di più. Infatti oltre a fornire il valore esatto del componente sotto misura ne verifica anche il valore resistivo, mostrando l’andamento dell’impedenza in tutto il range di frequenza (immagine qui in alto).

Salvando il file si possono infatti eseguire altre indagini, non sempre illustrate dai costruttori di componentistica passiva. Se stiamo misurando una induttanza possiamo prendere dei valori di impedenza a varie frequenze e verificare come cambi l’induttanza all’aumentare della frequenza. In genere le induttanze avvolte su nucleo di lamierini a C, ad esempio, presentano un abbassamento anche notevole del valore dell’induttanza all’aumentare della frequenza. Essendo il modulo dell’impedenza molto maggiore della resistenza di perdita dell’induttanza possiamo semplificare i calcoli ed affermare che essendo:

Xl = 2 x Pig x Freq x Indutt

Dove pig = 3,1415 ed Indutt è il valore dell’induttanza in Henry avremo che:

Indutt = Modulo imped / (2 x Pig x Freq)

Bene, per fare questo test ho scovato una induttanza da 3,3 mH nominali. La misura dell’induttanza col DATS ha decretato che il valore preciso è 3,37 mH e che la sua componente resistiva vale 0,416 ohm, come a dire che si tratta di un signor induttore dal punto di vista delle perdite. Ho salvato il file ed ho cercato in questo i valori a 1.000, 5.000, 10.000 e 20.000 Hz. Ho ricavato dunque una impedenza che vale rispettivamente 21,8 , 102.45 196,44 e 370,7 ohm.

Ricavando l’induttanza con la formula vista prima ho ottenuto dei valori leggermente decrescenti alle frequenze più alte, ovvero: 3,37 - 3,25 – 3,11 – 2,94 mH. Un buon induttore? Certamente. Allo stesso modo possiamo operare, questa volta a bassa frequenza, con i condensatori, con la differenza che il valore 2 x Pig x Freq, che possiamo abbreviare in w, va moltiplicato per il valore di modulo misurato, sempre contando su una bassa ESR del componente, un valore rilevato dallo stesso DATS assieme al fattore di smorzamento, al Q ed all’angolo di perdita. Non è affatto male!

Il generatore

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Il DATS V3 alla sua uscita presenta una resistenza di 1000 ohm in serie e quindi bisogna ricordare che per utilizzare questo generatore occorre avere a valle un dispositivo con una impedenza almeno di 10 kohm, per non avere attenuazioni apprezzabili. Una volta cliccato su Generator si apre un nuovo grafico con due pannelli, a destra ed a sinistra . Quello di sinistra si occupa delle caratteristiche e della forma del segnale mentre quello di destra emula un vero e proprio oscilloscopio, con tanto di controllo della tensione per singola divisione e della base dei tempi, per allargare o restringere la forma d’onda visualizzata (immagine qui in alto).

A sinistra, sotto al pulsante di stop/start, possiamo decidere la frequenza da emettere, la sua ampiezza sempre in dBu, e la scelta della forma d’onda. Le forme previste sono molte. Troviamo infatti la sinusoide, l’onda quadra, la triangolare, il dente di sega, il rumore rosa ed il rumore bianco. Per le forme d’onda notiamo l’eccellente precisione dell’ampiezza di uscita, mentre il rumore rosa e quello bianco ovviamente pur con un valore rms minore fanno rilevare un valore picco/picco corretto.

I tre pulsanti di sweep immediatamente al di sotto dei tipi di segnale possono variare la propria durata da 125 millisecondi a 250 ms fino allo sweep 3 che dura i due secondi. Lo sweep utilizzato per la misura dell’impedenza dura invece un secondo. Anche qui, magari, si potrebbe rendere nelle impostazioni la durata regolabile. La forma d’onda analizzata con un distorsiometro appare di ottimo livello almeno fino 5500-6000 Hz con un contenuto delle prime armoniche notevolmente contenuto anche se con la presenza di parecchie armoniche di ordine superiore.

L'Oscilloscopio

L’ultimo strumento di misura racchiuso in questo “pacchetto di sigarette” è l’oscilloscopio, che però può funzionare soltanto in accoppiata col generatore e non come strumento indipendente, che per altro poco servirebbe ai nostri scopi. Da buon oscilloscopio consente di variare la visualizzazione dell’ampiezza ed i tempi per ogni singola divisione, così da poter avere sempre un quadro chiaro del segnale.

Conclusioni

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Conviene acquistare questo strumento per un prezzo che di circa 150 euro? Mi viene da pensare che ai miei tempi, più di mezzo secolo fa, se mi avessero proposto questo strumento sarei stato disposto a percorrere almeno una decina di chilometri a piedi scalzi. Non è uno strumento professionale da svariate migliaia di euro e non ha la pretesa di esserlo. Proveremo a breve anche il nuovo DATS LA che, ad un costo notevolmente maggiore consente analisi estremamente sofisticate sulla linearità degli altoparlanti. Il DATS V3 lo trovate da Axiomedia a questo indirizzo ad un prezzo di 149,62 euro iva inclusa, spedizione esclusa.

SOMMARIO

• Introduzione
• Preparazione al test
• La misura dell’impedenza
• Il generatore
• L'Oscilloscopio
• Conclusioni