TEST n.2: i dipoli ed i planari

[F.Calabrese]

Partiamo da una constatazione molto semplice: ci sono due modi di realizzare un diffusore ad irradiazione dipolare, vale a dire un diffusore che emette in avanti e (in controfase) indietro, ma non verso i lati e verso l'alto o il basso. Questo tipo di emissione è utile negli ambienti riverberanti, dove abbassa il livello del campo riverberato di 5 (cinque) preziosi deciBel; è utile anche come metodo semplice per attenuare le riflessioni provenienti dalle pareti laterali o dal soffitto. Insomma: una buonissima idea. Quanto ai due modi:

1)- Il primo modo, che chiameremo "dipolo ruspante" consiste nel collocare un trasduttore (di solito un woofer a corsa lunga) su un pannello di dimensioni sufficienti...

2)- Il secondo modo, che chiameremo "dipolo intelligente"(si scherza un po'...) consiste nel collocare due diffusori rigorosamente identici uno avanti all'altro, collegando in controfase quello posteriore.

Nel primo caso non avremo alcun caricamento acustico se non quello dato dall'impedenza acustica del trasduttore, che, per essere efficiente, dovrà necessariamente essere di grande diametro (ovvero più coni di minore diametro, ma parallelati).

Nel secondo caso, che per questo chiamo "intelligente", potremo beneficiare del caricamento acustico prodotto dalla cavità posteriore, specie se bass-reflex, oppure dalla risonanza di condotti e cavità... con il connesso beneficio della minima escursione in prossimità delle frequenze di risonanza.

Da quanto anticipato qui sopra sembrerebbe che di dipoli del primo tipo praticamente non dovrebbero esisterne, mentre dovrebbero essere tutti del secondo tipo... Ed invece... accade esattamente il contrario...!

In sintesi: stiamo per esaminare un secondo caso in cui la scelta progettuale più logica ed intelligente viene disapplicata in campo Hi-Fi... Una specie di "tradizione"...!!!

Saluti
F.C.

[F.Calabrese]

L'idea è quella di portare avanti una disamina molto"con i piedi per terra", vale a dire basata su dati reali, verificabili, e non sulle solite illazioni. Per far questo è stato necessario fare un piccolo esperimento, vale a dire un modello in scala di "dipolo ruspante", realizzato appunto forando una tavoletta di legno ed avvitandoci sopra un trasduttore. Il caso vuole che io abbia una coppia di Ciare CW-162, utilissimi...



Di per sé non è importante il diametro del cono o quello della tavoletta, trattadosi di un semplice modello in scala.

Ed ecco i parametri del nostro "woofer di prova":



Segue
F.C.

[F.Calabrese]

A questo punto procediamo col nostro esperimento, misurando la risposta ed il rendimento del nostro "modello in scala":



Ora osservate con attenzione il risultato della misura, e vi accorgerete che la pendenza della risposta verso le basse è doppia rispetto ai 6 dB/ottava altrimenti prevedibili per un cono smorzatissimo ed in aria libera.

Non solo...osservate che la pendenza si interrompe in alto (poco sopra 1KHz) ed è seguita dai segni di una cancellazione tra le emissioni anteriore e posteriore (che sono minimi, in questa misura, data l'asimmetria dei bordi del pannello rispetto a quelli del cono).

Ora vediamo il risultato della simulazione al PC del nostro "dipolo ignorante":



Interessante... vero ? Ebbene nel riquadro superiore potete vedere la risposta in aria libera di una faccia del dipolo (linea sottile) e la risposta complessiva, a distanza, tenuto conto appunto delle dimensioni del pannello. I numeri tornano abbastanza...(*) sebbene la cancellazione a 1700 Hz qui risulti esagerata per via della necessaria perfetta simmetria del modello (cosa che nella pratica non si realizza mai...).

Ma la cosa più importante di questa simulazione sta nel riquadro inferiore... ed è la curva simulata dell'escursione massima in funzione della frequenza... che mostra un valore di ben 1,8 mm alla frequenza di 30 Hz., con appena un Watt.
Se ne deduce che i 4,5 mm. di escursione lineare massima specificati per il CW-162 si raggiungono con appena 6 Watt...

Ma il rendimento del nostro "dipolo ignorante" a 30 Hz. è di appena 56 dB/1W/1m, cui corrispondo 64 dB con 6 Watt...

Nel prossimo post alcune deduzioni iniziali.

Segue
F.C.

(*): Nella simulazione sono stati ignorati gli effetti di interazione mutua a livello di impedenza, che spiegano le piccole differenze qui e là...

[F.Calabrese]

Ora proviamo ad equalizzare il nostro modello in scala e vediamo cosa accade all'escursione...

Linearizzando la risposta i modo che il punto a -3 dB risulti coincidere con circa 30 Hz si ha questo:



L'escursione a 30 Hz.è ora di 4,5 mm, come dire che ha raggiunto il limite, e ad essa corrispondono perfettamente i 64 dB di rendimento alla stessa frequenza...!

Ma attenzione... sarebbero udibili...?



Beh... se osservate la curva più in basso (MAF), vale a dire la soglia di udibilità... vedrete che a 30 Hz. occorrono più deciBel, perché si possa avvertire alcun suono...!



Queste altre curve confermano che siamo al limite dell'udibile...

(Però abbiamo misurato e simulato un "modello in scala"... NON DIMENTICATELO !)

Segue
F.C.

[F.Calabrese]

Ora passiamo al "modello in scala 1:1", con una superficie di emissione equivalente a quella di due woofers da 15"/38cm., a sua volta equivalente alla superficie di un grande elettrostatico o isodinamico. Questo è il risultato della simulazione (*):



Abbiamo impiegato due ottimi woofers JBL 2226H, montati su un pannello più largo, in proporzione... ed il rendimento è schizzato alla bellezza di 106 dB/1W/1m. alla frequenza operativa più elevata, vale a dire tra 400 e 500 Hz.
Però i nostri 30 Hz. sono rimasti ad appena 77 dB/1W/1m, con un'escursione contenuta ad appena 0,7 mm. di picco.

Abbiamo appena capito quale sia l'ordine di prestazioni ottenibile da un grande isodinamico o elettrostatico, per cui gli 0,7 mm. sono un limite quasi invalicabile.

Pochini... vero...?

Per fortuna i nostri poderosi JBL da cinema sopportano escursioni di picco pari alla bellezza di 19 mm.!!!

19 mm. sono pari a 27 volte gli 0,7 mm. simulati per la potenza di 1 watt... per cui (elevando al quadrato) ci vorranno 730 Watt per arrivare a fondo corsa, appunto a 30 Hz... Ma 730 watt sono 28,6 dB al di sopra di 1W, per cui avremo un livello massimo di 77 + 28,6 = 105,6 dB di picco...

Vediamo ora se -equalizzando- i numeri cambiano o no... Ecco qui sotto la risposta e l'escursione per il nostro dipolo JBL, equalizzato in modo di estenderne la risposta fino a 30 Hz. (-3 dB).



A 71,5 dB a 30 Hz corrisponde un'escursione pari a 0,375 mm., vale a dire un cinquantesimo del limite di 19 mm. dei woofers JBL 2226H. Elevando al quadrato questo rapporto (perché l'escursione è proporzionale al voltaggio, mentre la potenza lo è al quadrato di questo...) otteniamo 34 dB in più, che sommati ai 71,5 dB della simulazione danno ancora una volta 105,5 dB di livello di picco massimo, riferito ad un metro...

Beh... la domanda è spontanea... "Quanti appassionati conoscete che abbiano in casa dei dipoli in grado di accettare escursioni dell'ordine di quasi due centimetri...???"

Pochi o nessuno... vero...? E quanti invece hanno diffusori elettrostatici o isodinamici che accettano escursioni massime inferiori ad un millimetro...?

Segue
F.C.

[F.Calabrese]

Ora passiamo al secondo tipo di dipoli, quello che (non a caso) abbiamo sopranominato "Dipolo Intelligente".

Impiegheremo due subwoofers da 150 litri, del tipo a doppia cavità accordata e con gli stessi due woofers JBL 2226H impiegati per la simulazione del dipolo... in modo di proporre un confronto alla pari. Questa la risposta del sub a doppia cavità, per due diverse accordature della cavità superiore:



E questo è il risultato della simulazione quando si collegano due unità in controfase, a formare un dipolo:



La curva in rosso è la risposta del dipolo; quella in blu è quella del singolo diffusore...

Ma attenzione alla curva più importante, che è quella in basso... vale a dire la curva di escursione con 1 Watt...

Ebbene, abbiamo un'escursione di appena 0,45 mm. ad 1 watt, il che significa che occorrono 32 dB di potenza in più per arrivare a fondo corsa, vale a dire poco meno di 1600 watt... ma a 30 Hz abbiamo ora la bellezza di 92 dB con 1 Watt, per cui avremo 92 + 32 = 124 dB di picco a 30 Hz...!!!

Vi ricorda nulla questa configurazione...?

Beh... più o meno è quella dei sub dei miei Impianti-Provocazione...

Saluti
F.C.

[F.Calabrese]

Riassumendo: abbiamo visto che esistono due diverse tipologie di dipoli, di cui la prima è quella comune in campo Hi-Fi, mentre la seconda è quella impiegata nei miei Impianti-Provocazione, dal 2009 (non so da chi, prima...)

Con la configurazione tradizionale si ottengono i seguenti livelli massimi a 30 Hz (riferiti ad un metro):
64 dB se si impiega un piccolo woofer (un livello inaudibile...);
77 dB se si impiega una superficie planare (isodinamica, elettrostatica) pari a quella di due woofers da 15"/38cm.;
105 dB se si impiegano due woofers da 15"/38cm a corsa lunga (19 mm).

Per confronto, con gli stessi due woofers, ma con la seconda configurazione si ottengono:
124 dB se si impiegano due diffusori a doppia cavità, in controfase...

Per la cronaca, tra 105 e 124 dB ci sono 19 deciBel di differenza, come dire che i Sub dei miei Impianti-Provocazione sono circa ottanta volte superiori al sub dipolare "ruspante" realizzato utilizzando gli stessi trasduttori...

Siamo quindi giunti al secondo TEST: domandatevi se -a questo punto- avete l'onestà intellettuale e/o l'apertura mentale di ammettere che il 99 per cento delle proposte commerciali di diffusori Hi-Fi a radiazione dipolare è basata su una configurazione progettuale schiacciantemente inferiore a quella dei Sub dei miei Impianti-Provocazione...

Coraggio !!!

Saluti
F.C.

[F.Calabrese]

Riporto su e sblocco.

Saluti
F.C.