http://audio-database.com/PIONEER-EXCLU ... 402-e.html
Gli altoparlanti impiegati hanno una storia particolarmente illustre: furono sviluppati dalla sezione “Technical Audio Devices” (TAD) della Pioneer a partire dalla fine degli anni ’70, avvalendosi della collaborazione dell’ex-ingegnere capo della JBL Bart Locanthi e dell’ingegnere giapponese Shozo Kinoshita (il quale successivamente è passato a progettare e distribuire i propri diffusori monitor fondando l’azienda Rey Audio: http://www.reyaudio.com/).
Le basi di partenza per lo sviluppo del Woofer TL-1601a e del driver a compressione TD-4001 furono rispettivamente i componenti JBL LE-15A e 375 (quest’ultimo a sua volta derivato dal Western Electric 394). Il driver a compressione fu oggetto di particolare ottimizzazione, ricevendo un innovativo diaframma in Berillio e una nuova phase plug ottimizzata in modo da non ostacolare l’eccellente estensione alle alte frequenze ottenibile grazie all’impiego di tale materiale dalle estreme caratteristiche di rigidità e leggerezza (il primo picco da break-up chiaramente visibil è situato a circa 20 kHz). La tromba radiale hypex TH-4001, specificatamente progettata per il suo abbinamento col driver TD-4001, fu quindi progettata per garantire una direttività costante sul piano orizzontale (angolo di -6 dB = 90o) fino all’ultima ottava dello spettro audio (10-20kHz), mediante l’impiego di paratíe settoriali (vanes) nella prima sezione della tromba, senza ricorrere cosí a marcate discontinuità nel profilo di espansione, fonti di diffrazione (come invece avviene nelle tipiche trombe “Constant Directivity”).
BOX del Woofer:
Il box del Woofer ha un volume netto (Vb) di ~ 150L, e una frequenza di accordo Bass-Reflex (Fb) di 33 Hz (corrispondente al minimo tra i due picchi caratteristici a bassa frequenza nella curva di impedenza).
Di seguito la simulazione della risposta alle basse frequenze del Woofer caricato in un tale volume Bass-Reflex, su un semispazio ideale e del Group Delay:
CROSSOVER:
Generalmente, i crossover impiegati comunemente nella maggioranza dei diffusori acustici (es. Butterworth del 3° ordine o Linkwitz-Riley del 2° o 4° ordine) sono volti a ottenere una risposta in frequenza complessiva in asse piatta (“All Pass Crossover”). Inoltre, nel caso di quelli di tipo Linkwitz-Riley, è ricercata anche la coincidenza degli andamenti delle fasi dei due rami del filtro, il che risulta in una migliore “messa a fuoco” dell’immagine sonora, e in una buona risposta polare sul piano verticale.
Tali crossover “classici” prevedono pendenze di attenuazione identiche per il Passa-Basso del Woofer e il Passa-Alto del Mid-Tweeter, e sono pertanto simmetrici rispetto alla frequenza di incrocio (Fx). Per funzionare correttamente, però, tali crossover richiedono sempre che i centri acustici degli altoparlanti siano allineati in profondità, in modo cioè da trovarsi alla stessa distanza dall’ascoltatore.
In un sistema come quello in esame qui, le posizioni dei centri acustici di Woofer e Mid-Tweeter possono essere identificate, in prima approssimazione, rispettivamente con la base del cono e con il diaframma del driver a compressione. È quindi evidente che le dimensioni fisiche della tromba rendono impraticabile allineare in profondità i centri acustici.
La soluzione generale a questo problema consiste nell’impiegare un crossover asimmetrico, con pendenza di attenuazione piú alta sul ramo relativo all’altoparlante che si trova piú in avanti (in questo caso, il Woofer). Dato che a pendenza di attenuazione maggiore corrisponde anche una maggiore rotazione di fase, ciò permette di compensare approssimativamente la differenza di fase acustica indotta dalla distanza fisica tra i centri acustici (offset), limitando cosí la divergenza tra le fasi acustiche dei due altoparlanti nell’intorno di Fx. Tale soluzione è teoricamente imperfetta, perché la variazione di fase indotta dall’offset fisico è lineare rispetto alla frequenza, mentre la differenza di fase relativa indotta da attenuazioni disuguali sui due rami del crossover non lo è; tuttavia, l’approssimazione è sufficientemente buona nell’intervallo di frequenze intorno alla Fx dove entrambi gli altoparlanti contribuiscono apprezzabilmente alla somma acustica totale (la fase di un altoparlante perde invece ovviamente di importanza quando la sua emissione è fortemente attenuata).
Nel caso particolare di un sistema come quello in esame qui, è necessario però anche tenere presente che il Mid-Tweeter caricato a tromba deve essere filtrato con un Passa-Alto elettrico come minimo del 2° ordine (-12 dB/ottava), cosí da mantenere almeno costante l’escursione della membrana del driver (e contenerne cosí l’aumento della distorsione) al di sotto della frequenza di cut-off della tromba (Fc).
Inoltre, il Mid-Tweeter caricato a tromba presenta sempre un roll-off “naturale” caratterizzato da una forte pendenza di attenuazione (tipicamente compresa tra il 4° e il 6° ordine acustico) al di sotto della frequenza di cut-off della tromba stessa. Ciò causa sempre una rotazione di fase maggiore di quanto previsto in base all’ordine del filtro Passa-Alto elettrico adottato, a partire da frequenze ben piú alte della Fx. La funzione di trasferimento Passa-Alto acustico completa risultante è data quindi dalla combinazione del Passa-Alto target del 2° ordine con il Passa-Alto “naturale” (roll-off) della tromba che interviene a frequenza piú bassa (Fc).
La soluzione finale adottata da TAD nel diffusore in esame è rappresentata dal seguente crossover passivo, in verità piuttosto complesso:
La sezione relativa al Woofer presenta un Passa-Basso del 6º ordine in configurazione parzialmente bilanciata (L1+ L4, L2, L3 e C1, C2, C3), e una cella Zobel per la linearizzazione dell’impedenza (C4, R1).
Sul ramo del Mid-Tweeter a tromba, invece, oltre al Passa-Alto del secondo ordine (C1+C2+C3 e L1), e alle due reti di attenuazione L-Pad (R1 e R2 fisse, piú attenuatore variabile per regolazione di fino), troviamo:
- una cella RLC parallelo (C4+C6, L2, R3) atta ad equalizzare la risposta del Mid, ovvero ad appiattirne la curva di risposta che presenta un andamento naturalmente calante agli estremi della sua banda passante (vedi grafico a pagina precedente),
- una cella RLC serie (C5, R4, L3) atta a linearizzare il picco di impedenza presente alle frequenze medie, in modo da permettere alla cella RLC parallelo di svolgere correttamente la sua funzione.
( La frequenza centrale di intervento di una cella RLC (sia di tipo parallelo che serie) è fissata in base alla relazione: F = 1/[2*Pi*Sqrt(L*C)] )
A partire dalle curve di risposta in frequenza e impedenza dei due altoparlanti non filtrati:
e utilizzando come target le curve di risposta pubblicate dei due altoparlanti filtrati:
è quindi possibile risalire mediante simulazione ai valori di capacità, induttanza e resitenza impiegati nel circuito elettrico:
Passa-Basso Woofer (6º ord. Linkwitz-Riley @ 650Hz)
L1 = L4 = 1.6 mH; C1 = 56 µF; L2 = 3.0 mH; C2 = 33 µF; L3 = 1.5 mH; C3 = 6.8 µF
Zobel (compensazione impedenza Woofer)
C4 = 20 µF; R1 = 8.2 Ohm
Passa-Alto Mid (2º ord. Q = 0.9 @ 1.3 * 650 = 845 Hz)
C1+C2+C3 = 10+10+3.3 = 23.3 µF; L1 = 2.2 mH
Attenuazione fissa Mid (-10dB)
R1 = 5.6 Ohm; R2 = 3.3 Ohm
RLC parallelo (equalizzazione Mid)
C4+C6 = 15+15 = 30 µF; L2 = 0.2 mH; R3 = 3.3 Ohm
RLC serie (compensazione impedenza Mid)
C5 = 15 µF; L3 = 1.1 mH; R4 = 22 Ohm
Di seguito si riportano le simulazioni delle curve di impedenza e delle risposte in frequenza ottenute partendo dagli altoparlanti non filtrati (ignorando la risposta al di sotto dei 200Hz, dato che il Woofer è misurato senza carico acustico), e inserendo i valori delle celle di compensazione dell’impedenza e di equalizzazione riportati qui sopra:
Infine, si riporta la simulazione della risposta in frequenza e fase del crossover completo, con un offset in profondità tra Woofer e Mid pari a ~ 34 cm (il che coincide approssimativamente con la distanza tra la base del cono del Woofer e il diaframma del driver a compressione, misurata sui disegni tecnici – vedi sopra):
E la risposta all’impulso del sistema completo:
Marco
