Simuliamo il progetto di un diffusore 2 vie, DCAAV, con Audio for Windows
Alla fine del testo è possibile scaricare il file impiegato come esempio per questa guida.
IMPOSTAZIONI GENERALI
Vogliamo simulare un prototipo di un diffusore caricato in DCAAV, composto da un midwoofer SEAS CA15RLY e un tweeter SEAS 22TFF, impiegando i file presenti nel nostro archivio altoparlanti.
Apriamo AfW e carichiamo un nuovo sistema. Anche se si tratta di un diffusore a due vie, teniamo tutti i rami presenti nel sistema, eliminando gli elaboratori di segnale, le celle di filtro e quelle di compensazione (clic tasto destro ed "elimina"). I due rami più in basso li impiegheremo per simulare gli altoparlanti veri, perciò li colleghiamo in un unico amplificatore, eliminando quello relativo al mid-woofer. Ricordo che il woofer è montato sopra al tweeter, perciò, anche nella disposizione del sistema, conviene mantenere questo layout, per evitare di fare confusione quando si elabora il filtro.
Non è detto che i tre altoparlanti superiori ci servano a qualcosa, ma conviene tenerli a "portata di mouse", perchè, se li eliminiamo, poi non possiamo più ripristinarli (ci tocca reimpostare dall'inizio tutto il sistema).
Apriamo il quadro "Definizione celle di compensazione" del mid-woofer, cliccando sul circuito posto subito prima dell'altoparante, ed eliminiamo tutti gli elementi presenti.
Chiudiamo la sezione precedente e apriamo il quadro dei filtri passivi, che lo precede. Mettiamo il pallino su "nessuno" e diamo l'ok.
Le precedenti operazioni vanno eseguite anche sul ramo del tweeter.
DEFINIZIONE DEI TRASDUTTORI
Come già accennato, i tre driver superiori sono quelli "di servizio", ma dobbiamo definirne le caratteristiche, affinchè ci possano essere utili.
La prima difficoltà che possiamo incontrare è nel posizionamento dei trasduttori, perciò ricordiamo subito che gli altoparlanti devono sempre rimanere all'interno del pannello. In altre parole, i driver non possono mai essere di diametro più grande, nè trovarsi fuori, completamente o in parte, dalle misure fisiche del pannello. Le dimensioni del pannello e dei trasduttori sono visualizzabili in un disegnino, che si modifica in tempo reale, ogni volta che cambiamo una quota, perciò è facile vedere se l'altoparlante ci sta o non ci sta. Se ci dimentichiamo di quest'aspetto non c'è da preoccuparsi: AfW farà i salti mortali per ricordarcelo!
Clic sull'icona della via n°5 (la più in alto) e poi su "definisci". Nella schermata di "definizione trasduttore via n°5" dobbiamo inserire le dimensioni del pannello del mobile e la posizione del trasduttore. Le quote del pannello devono essere uguali a quelle del prototipo da realizzare, mentre il trasduttore lo installiamo in una posizione intermedia fra il woofer e il tweeter. Questo sarà un altoparlante ideale, a cui assegnamo una risposta flat da 90dB, fase acustica piatta e un'impedenza di 8 Ohm per tutta la banda di funzionamento. Per farlo, clicchiamo su "File/Carica altoparlante", andiamo nella cartella d'installazione di AfW e carichiamo il file "Flat.crw". A questo altoparlante assegnamo l'icona di un medio a cupola o di un altro altoparlante a cono. Per gli altri due altoparlanti subito sotto (via n° 4 e via n° 3) procediamo nella stessa maniera, ma all'altoparlante della via n° 3 assegnamo l'icona di un tweeter a cupola, che diventerà il riferimento su cui puntare automaticamente il microfono.
Nella casella "Nome trasduttore", ricordiamoci di inserire sempre un nome (può anche essere un numero), altrimenti non sarà possibile salvare il sistema (comparirà un avviso, che ci inviterà a dare un nome alle vie che non ce l'hanno).
Siamo arrivati ai due driver che compongono il vero diffusore. Clic sull'icona del driver più in basso e su "definisci". Nella schermata di "definizione trasduttore via n°1" dobbiamo inserire la posizione reale del tweeter nel nostro diffusore. Assegneremo a questo driver l'icona di un medio, per evitare che diventi il riferimento automatico per il microfono (poche righe fa, infatti, abbiamo deciso che sarà la via n° 3 a fornirci questo riferimento).
Nella barra superiore, clic su "File/apri altoparlante". Scegliamo il file "22TFF - 0°.crw", dalla cartella scaricata dall'archivio e scompattata. In basso a sinistra, nella sezione "trasduttore" controlliamo che il diametro del tweeter sia 3.7 cm, per ottenere una previsione della risposta fuori asse più simile alla realtà*.
Clik su ok per uscire.
Passiamo al mid-woofer, operando in molto simile a ciò che abbiamo appena visto per il tweeter. In questo caso scegliamo l'icona del mid-woofer e carichiamo il file "CA15RLY - 0°.crw". Quest'altoparlante va montato sul pannello n°2, che va fatto arretrare di circa 1 - 2 cm (inserire un valore negativo per indicare ad AfW che il pannello viene arretrato rispetto al n°1, quello del tweeter, che fa da riferimento per tutto il sistema). Se volessimo, potremmo fare i precisini; quando arretriamo un pannello, infatti, allontaniamo l'altoparlante dal microfono, perciò ne abbassiamo leggermente il livello acustico.
Per evitarlo, si potrebbe compensare l'offset temporale quando si importa l'altoparlante, inserendo un appropriato ritardo. In realtà, l'errore sulla SPL è trascurabile, ed è molto più comodo spostare il pannello quanto basta per compensare rapidamente l'offest orizzontale dei centri acustici.**
Inserire le quote del pannello, rendendolo uguale al n° 1. Impostare anche le misure per posizionare correttamente l'altoparlante.
* A volte può essere necessario correggere manualmente il diametro della membrana. In alta frequenza, infatti, AfW può calcolare una dispersione laterale diversa da quella vera, perchè si basa un modello matematico che non può tenere conto di tutte le variabili che concorrono a deteminare questa caratteristica dell'emissione di un altoparlante. Tuttavia, se la dispersione è inferiore a quella reale (maggior direttività), basta aumetare il diametro dell'altoparlante per correggere questo parametro, facendo riferimento alle curve di risposta in frequenza a 30° pubblicate nel sito e disponibili anche come file per AfW.
** L'arretramento del woofer serve per inserire il corretto offset del centro acustico di quest'altoparlante rispetto a quello del tweeter, che normalmente si trova in posizione più avanzata. Questa operazione consente di osservare la corretta relazione di fase acustica fra due o più altoparlanti. Per un tweeter a cupola il centro acustico può essere considerato, in gran parte dei casi, in prossimità del filo del pannello, ma per un altoparlante a cono la situazione cambia. Generalmente, il centro acustico del driver è riferito alla prima piastra polare, ma per questo tipo di simulazioni è preferibile considerare la distanza fra il filo del cestello e la metà del cono come suggerito dall'autore di AfW (G.P. Matarazzo) . In sostanza, un mid-woofer da 4" va fatto arretrare di circa 1 cm o anche meno, rispetto al riferimento (tweeter a cupola) e un mid-woofer da 5 - 6" va fatto arretrare di circa 1 cm o poco più. Se si usano tweeter con guide d'onda, quindi con una cupola più arretrata rispetto al filo della flangia (vedi SEAS 27TBCD/GB-DXT, o CIARE PT383), l'offset fra i due altoparlanti potrebbe ridursi fino ad azzerarsi, poichè si verifica un parziale o totale riallineamento dell'offset orizzontale dei centri acustici. Per i driver a tromba, può essere addirittura il centro acustico del tweeter a trovarsi arretrato rispetto al woofer (dipende dalla lunghezza della tromba). Un esempio di offset dei centri acustici nullo (o quasi) lo troviamo su molti esemplari di driver concentrici (Kef, Tannoy, Seas, Ciare, ecc.).
In ogni caso è consigliabile fare qualche esperimento, variando un po' questo parametro, sopratutto se si dovessero osservare, nella zona d'incrocio, strane cancellazioni di fase nella simulazione della risposta in frequenza.
CARICO ACUSTICO DEL MID-WOOFER
Una volta definito il mid-woofer, passiamo al dimensionamento del suo carico acustico. I parametri dell'altoparlante sono buoni per tentare un carico DCAAV, perciò clicchiamo sul menù a tendina "Carica Acusticamente" e scegliamo "in carico asimmetrico a vista". Anche qui si potrebbe essere più precisi quantificando la variazione dei parametri con le resistenze aggiunte (tipicamente 0.4 - 0.6 Ohm).
Fortunatamente, il DCAAV è un carico abbastanza tollerante nei confronti di lievi variazioni dei parametri, perciò sarà sufficiente calcolare l'allineamento ideale cliccando su "imposta caricamento ideale" e aumentare leggermente i volumi per compensare il piccolo incremento del Qts dell'altoparlante. La figura mostra i parametri impostati, che sono stati ottimizzati sulla base di un prototipo funzionante.
Clicchiamo tre volte su ok, per tornare nella schermata principale.
SIMULAZIONE DEL SISTEMA: MID-WOOFER
Bene! Finalmente la parte più "barbosa" ce la siamo lasciata alle spalle. Ora inizia quella macchinosa.
Prima di tutto salviamo il sistema dandogli un nome.
Si torna, dunque, alla pagina principale del nostro sistema (ora vedremo un simbolo verde vicino al mid-woofer, per segnalare che è stato caricato acusticamente). Clicchiamo ancora su ok e poi sull'icona "Simula".
Clic su "Preferenze" (in basso) e impostiamo le opzioni come nella figura sottostante. Sotto la voce "Modello trasduttore" è importante settare "Elementi finiti su pannello assegnato" per impostare la modalità di calcolo più avanzata.* Lasciando vuota la casella "Compensa calo a bassa frequenza", Audio for Windows terrà conto delle perdite per diffusione dovute alle dimensioni finite del panello sul quale alloggiano gli altoparlanti. Inoltre, possiamo assegnare colori diversi alle 4 curve visualizzabili contemporaneamente.
Terminata l'impostazione delle preferenze, clicchiamo in basso su "Simulazioni", per tornare alla schermata di lavoro.
Il quadrante in alto a destra, dov'è visualizzato il nostro sistema, ci permette di scegliere le sezioni dell'impianto che vogliamo analizzare. Clicchiamo sul mid-woofer, in modo da evidenziare tutto il ramo relativo al CA15RLY. Mettiamo le crocette su entrambe le caselle "Cv.1", per associare la curva del midwoofer alla casella 1.
Mettiamo il pallino su "Modulo risposta" per indicare al software cosa vogliamo visualizzare nel grafico (in questo caso la risposta in frequenza del mid-woofer).
Ora dobbiamo posizionare il microfono. Con un doppio clic su "Microfono" vedremo che esso si posizionerà in asse al trasduttore che, inizialmente, avevamo impostato come tweeter fittizio e posto fra woofer e tweeter. In questo modo, cambiando la posizione del tweeter fittizio, avremo un riscontro grafico sul puntamento del microfono e un rapido controllo sulla sua posizione.**
Nella parte inferiore della colonna dei controlli, è possibile impostare le scale degli assi cartesiani che compongono il grafico.
Clic su "Traccia" (riga comandi in basso) per tracciare la curva di risposta. La curva che vediamo è molto diversa da quella che abbiamo caricato all'inizio della composizione del sistema, perchè vengono calcolati gli effetti delle diffrazioni (poco influenti per un mid-woofer) e delle perdite per diffusione (baffle-step).
Possiamo controllare la risposta angolata sia sul piano orizzontale, che sul piano verticale, inserendo sulla casella "Ang. Or." o "Ang. Ve" l'angolo di rotazione del microfono attorno al diffusore.
In questo modo è più facile valutare il corretto punto d'incrocio con la via superiore. Nella figura a fianco ho cliccato su "Mantieni" (barra inferiore), per continuare a visualizzare la vecchia curva, ho impostato l'angolo orizzontale a 30° e tracciato la nuova curva.
* Non è sempre necessario usare questa modalità di calcolo. Per esempio, se le misure di cui disponiamo provengono da un diffusore già completo e se conosciamo i criteri con cui esse sono state rilevate, bisogna impiegare modi di elaborazione più semplici.
** Da ricordare che per ogni curva si può impostare una posizione del microfono, perciò, quando si visualizzano più curve in un grafico, è bene verificare che la disposizione del microfono sia quella voluta.
SIMULAZIONE DEL SISTEMA: TWEETER
Deselezioniamo le curve "CV.1" Selezioniamo entrambe le caselle "Cv.2" per visualizzare una nuova curva, quella del tweeter SEAS 22TFF. Clicchiamo sul "mid" (che in verità è il nostro tweeter) in modo che tutta la riga, fino all'altoparlante diventi rossa. Mettiamo il pallino su "Modulo risposta" , esattamente come prima.
Ora posizioniamo il microfono fra mid-woofer e tweeter con un doppio clic su "Microfono", verifichiamo che le scale degli assi cartesiani siano le stesse della curva relativa al CA15RLY e, infine, clicchiamo "Traccia" (riga comandi in basso) per visualizzare la curva di risposta del SEAS 22TFF.
Come si può vedere, la risposta del tweeter è caratterizzata da alcune irregolarità ben più marcate rispetto alla curva rilevata in semispazio, perchè il modello matematico che abbiamo scelto (Elementi finiti su pannello assegnato) calcola gli effetti delle diffrazioni, le quali, a causa dell'elevata dispersione di un tweeter sono molto più accentuati rispetto al mid-woofer.*
Come per il mid-woofer, possiamo controllare la risposta angolata sia sul piano orizzontale, che sul piano verticale, per verificare che la dispersione del tweeter sia realistica. 
La figura a fianco mostra la buona attinenza con le misure (clicca qui o vedi curve misurate nella sezione delle prove).
* Per farsi un'idea dell'incidenza delle diffrazioni sulla risposta basta tornare sulle "Preferenze", impostare "Disco rigido su pannello infinito" e tracciare una nuova curva.
SIMULAZIONE TWEETER E MID-WOOFER
Continuiamo verificando le risposte di entrambi gli altoparlanti in un'unica schermata, per farci un'idea dei livelli di SPL dei due altoparlanti.
Il tweeter, di solito, è il trasduttore più sensibile e andrà attenuato un po'. La figura a fianco mostra le risposte in asse a un metro.
La successiva figura contempla anche le risposte fuori asse, che aiutano a stimare con maggior precisione la zona in cui incrociare gli altoparlanti.
Esaminando le due figure, è abbastanza evidente che l'ottima dispersione del woofer, permette di incrociare il tweeter attorno ai 3000 Hz, con una certa tranquillità. Anche il tweeter, infatti, sopra i 3000 Hz ha un'emissione molto lineare e, anche analizzando il grafico della THD, non si notano problemi a quelle frequenze, tanto che si potrebbe anche tentare di tagliarlo più in basso, magari aumentando la pendenza del filtro.
SIMULAZIONE FILTRO MID-WOOFER SEAS CA15RLY
Ora iniziamo a disegnare il filtro. Riposizioniamo il microfono in asse al diffusore.
Selezioniamo "CV.3", e clicchiamo sul woofer e sul tweeter in modo da evidenziare in rosso entrambi i rami dall'inizio alla fine. Sui parametri, scegliamo di visualizzare "Modulo Risposta".
Clicchiamo, in alto, su "Modifica singoli blocchi". I rami evidenziati tornano bianchi. Clic sul blocco del filtro relativo al woofer (si trova prima del blocco delle reti di compensazione), per accedere alla definizione del filtro passivo. 
Nella schermata che si apre, selezioniamo la voce "Passa Basso", nel campo "Ordine" impostiamo "II" . In basso, sotto i componenti passivi disegnati, andiamo a inserire i valori come indicato della figura seguente.* Possiamo anche verificare la frequenza di taglio calcolata sulla "Resistenza Nominale Di Carico" (in questo caso ho lasciato 6.2 Ohm, che corrisponde alla resistenza in DC di un generico altoparlante da 8 Ohm nominali).
Una caratteristica molto utile di AfW è poter verificare, direttamente nella schermata di definizione del filtro, la risposta elettrica che otteniamo con gli elementi scelti.
Clicchiamo su "Visualizza Risposta" e nella successiva finestra su "Traccia", per osservare le risposte elettriche (non acustiche) che produce il nostro filtro, che lavora non su una resistenza ideale, ma sulla vera curva d'impedenza dell'altoparlante.
Ora clicchiamo su "Esci" e ancora su "OK", per visualizzare il risultato sulla risposta acustica del mid-woofer. Se deselezioniamo la "CV.3" su "Curve da tracciare", vedremo solo la curva del CA15RLY sotto filtro e quella del 22TFF non filtrato, come nella figura che segue.
In questo modo è facile avere un riscontro su quanto sarà necessario attenuare il tweeter per allinarne il livello al mid-woofer.
* Nel nostro caso, per disegnare il filtro, abbiamo inserito i valori manualmente, ma possiamo scegliere una frequenza di taglio qualsiasi, impostare la resistenza di carico e far calcolare ad AfW i valori. Prima va selezionato il tipo di allineamento che ci interessa, grazie alla casella "Allineamento" (fare riferimento al manuale per conoscere le caratteristiche distintive dei vari allineamenti disponibili).
SIMULAZIONE FILTRO TWEETER SEAS 22TFF
Passiamo al filtro del tweeter SEAS 22TFF. Clic su "Modifica singoli blocchi" e poi sul blocco relativo alle celle di compensazione del ramo tweeter (quello più in basso). Nella finestra che si apre (vedi sotto), clicchiamo sul blocco del partitore resistivo e inseriamo i valori indicati. La "R2" la lasciamo di valore molto elevato in modo da simulare un circuito aperto verso massa (assenza del resistore) e avere solo il resitore "R1" in serie al tweeter 22TFF. Per essere precisi, nella casella "Resistenza Nominale Di Carico" va inserito il valore della Re (resitenza della bobina mobile, in continua) del driver. Vediamo che l'alta sensibilità del SEAS 22TFF ci costringe ad un'attenuazione di circa 8 dB.
Anche in questo caso, se vogliamo, possiamo lasciare che sia AfW a calcolare i valori del partitore: basta inserire il valore della resistenza di carico, impostare un valore di attenuazione e cliccare su "Calcola".
Con questa operazione AfW calcolerà automaticamente una rete di attenuazione a impedenza costante, basandosi sul valore della resistenza di carico che gli abbiamo indicato. Cliccando su "Visualizza Risposta" si può controllare come agiscono diversamente i due sistemi di attenuazione (con singola resistenza e con partitore a impedenza costante (comunemente detto L-pad).
Come per il mid-woofer, clic su "OK" per tornare alla finestra dei grafici e ancora su "Modifica singoli blocchi".
Clic sul blocco di definizione del filtro del tweeter, mettiamo il pallino su "Passa alto" e impostiamo un filtro del secondo ordine. Anche in questo caso inseriremo i valori manualmente come nella figura che segue, così utilizzeremo subito valori standard per gli elementi di filtro. I campi "Rc" e "Rl" li possiamo utilizzare per regolare finemente il filtro. In particolare, con "Rc" aumentiamo leggermente l'attenuazione e con "Rl" smorziamo l'intervento del filtro. In questo modo andiamo anche a variare la fase dell'emissione del driver. L'utilità di questo approccio va valutata caso per caso.
Clic su "OK" per tornare ai grafici.
La risposta del tweeter sotto filtro dovrebbe ora essere visualizzata assieme a quella del mid-woofer, come visibile nella figura seguente.
SIMULAZIONE RISPOSTE DEL SISTEMA FILTRATO
Ora è sufficiente attivare la "CV.3" per visualizzare anche la risposta complessiva in asse.
La curva in asse, in realtà, fornisce un'analisi solo parziale del comportamento del diffusore, perciò è meglio verificare il funzionamento del sistema a varie angolazioni, confrontandolo con la curva in asse. Eliminiano le curve "CV.1" e "CV.2", per evitare di affollare troppo grafico. Clicchiamo su "Mantieni" per salvare la curva in asse.
Inseriamo un angolo di almeno 30° sul campo "Ang. Or" e tracciamo il nuovo grafico.
Se la regolarità è buona possiamo anche dare un'occhiata a cosa succede sul piano verticale, un aspetto importante, di cui molti si dimenticano.
Clicciamo su "Rimuovi", per eliminare la curva memorizzata (era quellla in asse). Portiamo a zero il campo relativo all'angolo orizzontale e mettiamo prima a -15° e poi a +15° il piano verticale, "Ang. Ve", tracciando e mantenendo la curva precedente.
In questo modo, controlliamo come varia l'emissione ruotando il microfono sotto e sopra il punto in cui esso è puntato (fra woofer e tweeter), coprendo un angolo totale di 30°. La figura seguente ci mostra il risultato. Si noti che la curva nera è la risposta in asse, che ho tenuto come riferimento, attivando le "CV.4" ed evidenziano in rosso, ancora una volta, entrambi i driver.
Ovviamente, l'emissione sul piano verticale è un po' più incerta rispetto a quello orizzontale, ma non si notano buchi enormi, perciò la diamo per buona.
Ora non ci resta che controllare anche un altro parametro molto importante, che non va mai sottovalutato: l'impedenza.
Clic su "Rimuovi", poi selezionare la "CV.3" sulla prima fila di caselle. Reinseriamo i valori a zero per visualizzare la rispsota in asse sulla curva 3. Clicchiamo su "CV.4", poi sul blocco dell'amplificatore e, infine, su "Modulo Impedenza". Se tracciamo le curve, probabilmente comparirà l'avviso "Limiti in ascissa non identici nelle curve da tracciare".
Nei campi in basso a dx, sezione "Limiti", vanno inseriti, nell'asse X i valori 20 - 20000 Hz e nell'asse Y i valori che ci aspettiamo possa assumere l'impedenza del sistema: fissiamoli fra 0 e 50 Ohm. Se c'interessa visualizzare anche la fase dell'impedenza (utile per capire la reattività del carico), possiamo utilizzare la curva 2, "CV.2". Va evidenziato il blocco amplificatore, selezionata la voce "Fase impedenza" e inseriti i limiti degli assi cartesiani, come per il modulo dell'impedenza, solo che nell'asse Y i valori saranno espressi in gradi: -90° e +90°.
CONFRONTO CON LE MISURE
Nelle due figure successive è molto interessante esaminare le rilevazioni sul prototipo.
Nella risposta in asse (curva rossa) possiamo certamente notare l'ottima coerenza della curva a partire dai 250 Hz in su. Sotto tale frequenza, la differenza di livello è dovuta al fatto che la misura in gamma bassa è presa in campo vicino e non risente, dunque, delle perdite per diffusione calcolate da AfW (ricordo che le simulazioni di AfW sono eseguite senza compensare il calo in bassa frequenza).
Questo particolare può portare a sovrastimare le reali prestazioni del sistema, ma conoscendo le condizioni di misura e quelle con cui opera il simulatore è più facile valutare con obiettività i risultati.
In ogni caso, la corrispondenza fra simulazioni e misure è più che buona sia per quanto riguarda le risposte in frequenza, che per la curva d'impedenza qui a fianco.
SI CAMBIA FILTRO
Adesso facciamo finta di essere fra coloro che si sono bevuti alla grande tutte le "omelie" che si leggono spesso sui filtri del primo ordine e sulle loro presunte inarrivabili prestazioni. Forti di questa convinzione, eliminiamo i filtri del secondo ordine sul woofer e sul tweeter e passiamo a un induttore da 1.8 mH (0.4 Ohm) sul woofer e un condensatore da 3.3 uF sul tweeter, attenuato anche da una resistenza da 8.2 Ohm. Naturalmente dobbiamo invertire la polarità del tweeter nel quadro di definizione della via n°1.
Non spieghiamo passo per passo queste operazioni, poichè dovrebbero essere ormai chiare, per chi ha seguito la guida dall'inizio.
La figura mostra i risultati delle simulazioni del sistema in asse e a 30°
Qui a fianco, invece, troviamo le rilevazioni sul prototipo. Rispetto alle simulazioni, la curva in asse mostra una irregolarita più accentuata fra i 3 e gli 8 KHz, ma l'andamento generale è molto simile a quello previsto da AfW, sopratutto nella risposta fuori asse. Per la bassa frequenza vale il discorso affrontato precedentemente. Si tratta, naturalmente, di un sistema che andrebbe ulteriormente ottimizzato.
A un esame superficiale, potrebbe sembrare un caso particolarmente fortunato. Tuttavia, prima di cantare vittoria è meglio esaminare le risposte sul piano verticale.
La curva verde è relativa alla simulazione a +15° e, a parte qualche magagna, potrebbe andare quasi bene. Il problema è la curva blu, riferita alla simulazione a -15°, che evidenzia una "voragine" in piena zona d'incrocio. Un grafico del genere deve far scattare un bel campanello d'allarme.
ERRORI DA EVITARE E PICCOLI TRUCCHI CON AUDIO FOR WINDOWS
1. Correzione dei valori di modulo e fase della Le in alta frequenza (induttanza parassita)
Quando si importano le misure di un'altoparlante (risposte in frequenza e curve d'impedenza) , uno degli errori più comuni consiste nel non completare bene la fase d'inserimento dei parametri. Questo comporta possibili errori nella simulazioni dei filtri passivi.
Ipotizziamo di lavorare sempre con il mid-woofer Seas CA15RLY e di aver appena importato i file in formato "txt" della risposta in frequenza e dell'impedenza, per creare un altoparlante nuovo, che poi salveremo in formato "crw" pronto per essere caricato in ogni occasione.
Nella figura seguente vediamo la schermata dei parametri che dobbiamo inserire a mano (li abbiamo precedentemente misurati o li copiamo da quelli forniti dal costruttore).
Dopo aver confermato i parametri vedremo che nel riquadro inferiore "rete elettrica equivalente all'impedenza" troveremo il campo "Induttanza a 10 KHz (Le10K)" con il valore 0.23 mH, mentre i campi inferiori saranno vuoti.
Per ora lasciamoli così, diamo l'ok e procediamo tornando alla schermata di definizione della via relativa al nostro altoparlante, dove vedremo le curve di risposta in frequenza e impedenza appena importate, come mostra la figura che segue.
Queste curve sono esattamente quelle misurate su pannello standard, a una distanza tale da approssimare le condizioni di semispazio.
A questo punto, ci interessa simulare un carico acustico DCAAV, come spiegato in questo paragrafo.
Impostato il carico acustico, torniamo alla schermata di definizione della via relativa all'altoparlante, visualizzata di seguito.
Si osservi che la curva dell'impedenza, nella parte in bassa frequenza, ha assunto il tipico andamento determinato dal carico acustico scelto, ma in alta frequenza (oltre i 400 Hz) la curva non ha più niente a che vedere con quella realmente misurata e che non viene influenzata dal carico acustico del woofer. Facciamo finta di non ci accorgerci di questa "sottigliezza" e proseguiamo a testa bassa con le nostre simulazioni dei filtri, anche se è già chiaro che, lavorando in questa maniera, andremo incontro a un grossolano errore di valutazione della definizione del filtro del nostro woofer.
La figura successiva ci mostra cosa succederebbe se, con il filtro del secondo ordine precedentemente definito per il woofer, in questo paragrafo, avessimo impiegato il CA15RLY con i parametri privi di correzione della Le.
È evidente che la risposta prevista sarebbe completamente diversa da quella reale e ci porterebbe fuori strada nello studio preliminare del filtro.
Fortunatamente possiamo ovviare a questo inconveniente in almeno due modi.
Il primo modo è quello di lavorare sulla definizione del filtro senza impiegare un carico acustico per il woofer. Si lascia il woofer in aria libera e si utilizza la curva d'impedenza misurata realmente. La figura che segue mostra il risultato della simulazione. Se escludiamo la zona sotto i 400 Hz, la curva torna ad essere molto simile a quella misurata sul prototipo, in questo paragrafo.
Questo metodo consente di essere molto più precisi nella simulazione delle risposte finali, ma non permette di eseguire simulazioni del sistema considerando anche il carico acustico (bassa frequenza), la cui valutazione va demandata separatamente all'apposita sezione del programma. Come si può vedere, infatti, il picco d'impedenza alla risonanza, rimane circa quello del woofer in aria libera (la sua entità dipende anche da com'è strutturato il filtro).
Il secondo modo consiste nel correggere l'andamento dell'impedenza dovuto all'induttanza parassita Le. La figura successiva mostra che si deve tornare nella sezione dei parametri dell'altoparlante e, nei campi vuoti del riquadro inferiore "rete elettrica equivalente all'impedenza" , bisogna inserire i valori che vedete impostati.
Questi dati numerici permettono ad AfW di mantenere un andamento realistico della curva d'impedenza, in alta frequenza, anche calcolando i carichi acustici.
Qualcuno si chiederà come calcolare questi tre numeri. Ebbene, io proprio non lo so. Per trovare la "terna vincente" mi segno i valori di modulo e fase dell'impedenza in aria libera a 2000 Hz e 10000 Hz. Procedo poi per tentativi, caricando di volta in volta il woofer in un box chiuso grandissimo (1000 litri, per esempio), finchè ottengo una buona aderenza a quei valori. Conviene non trascurare questa fase ed essere il più precisi possibile. Scarti di qualche decimo di Ohm per il modulo e di pochi gradi per la fase sono ampiamente tollerabili. Dopo un po' ci si prende la mano e in pochi passaggi si raggiunge il risultato desiderato.
Ora possiamo tornare a calcolare il carico acustico.
Osserviamo che in bassa frequenza l'andamento è determinato dal carico stesso (come succedeva prima), ma ora, in alta frequenza, il modulo e la fase sono simili alla rilevazione strumentale.
Torniamo, infine, alle simulazioni globali del sistema sotto filtro, "portandoci dietro" il woofer caricato in DCAAV.
Ora la musica è cambiata e la precisione è molto buona (la curva tratteggiata, che funge da riferimento, rappresenta le simulazioni eseguite con l'impedenza misurata in aria libera): abbiamo un accettabilissimo errore inferiore a 1 dB fra 1000 e 1800 Hz.
2. Impostare correttamente la curva target
È molto utile, quando si simulano i filtri, tracciare una curva di riferimento (curva target) per controllare l'andamento della risposta in frequenza acustica dell'altoparlante. In questo modo è più facile cercare di approssimare pendenze e allineamenti (Butterworth, Linkwitz-Riley, ecc.), che producono determinate condizioni di emissione acustica (smorzamento, fase, ecc.).
Per mostrare il modo corretto con cui ottenere la nostra curva di riferimento facciamo sempre riferimento al sistema in DCAAV con il SEAS CA15RCY e il 22TFF. Impiegheremo solo il mid-woofer, dato che il discorso vale anche per il tweeter.
Per prima cosa, nel quadro delle simulazioni eliminiamo tutte le curve da tracciare, per ripulire tutto.
Nel ramo relativo al mid-woofer, entriamo nei blocchi di filtro e delle celle di compensazione eliminando tutti gli elementi al loro interno, in modo da ottenere la risposta "grezza" dell'altoparlante.
Torniamo al quadro delle simulazioni globali, spuntiamo Curva 1 su "Visualizza/Modifica Selezione", clic su "Dis. Tutto" e selezioniamo poi tutto il ramo 2 dell'altoparlante.
Poi passiamo alla Curva 2. Clic su "Dis. Tutto" e selezioniamo il ramo 5 (quello più in alto) fino al all'amplificatore.
Clic su "Modifica singoli blocchi" , clic sul blocco amplificatore e impostiamo i dati come visibile a fianco. Dobbiamo aumentare il guadagno dell'amplificatore, fino sovrapporlo all curva di risposta dell'altoparlante sul quale lavoreremo.
Diamo l'ok, nuovo clic su "Modifica singoli blocchi" e selezioniamo il blocco del filtro attivo che precede quello dell'amplificatore.
Impostiamo un filtro passa-basso 4° ordine, allineamento Linkwitz-Riley, frequenza di taglio a 2000 Hz e poi diamo l'ok, per uscire.
Si torna sulla sezione delle simulazioni globali e tracciamo il grafico a fianco, che mostra la nostra curva target (verde) e la curva dell'altoparlante ancora privo di filtro. Ora dovremo disegnare un filtro che, per quanto possibile, si sovrapponga alla curva verde, che rappresenta l'andamento ideale del passa-basso Linkwitz-Riley del 4° ordine.
Clic su "Modifica singoli blocchi". Selezioniamo il blocco del filtro passivo relativo al mid-woofer Seas CA15RLY e impostiamo i dati come in figura. I valori non potranno essere trovati automaticamente, facendoli calcolare ad AfW, perchè la curva che otterremo non sarà quella che ci aspettiamo. Dovremo inserire a mano i valori fino a quando la risposta acustica dell'altoparlante approssimerà quella elettrica dell'amplificatore. Usciamo per tornare al quadro delle simulazioni.
Tracciamo il nuovo grafico e osserviamo il risultato. Ora l'altoparlante è stato filtrato e la sua emissione ricalca con ottima approssimazione la risposta ideale. Si noti che per arrivare a un 4° ordine acustico abbiamo impiegato un terzo ordine elettrico.
Scarica il file impiegato per le simulazioni
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