Crossover a 6 dB/ottava: la parola finale (con grafici OK)

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F.Calabrese
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Crossover a 6 dB/ottava: la parola finale (con grafici OK)

#1 Messaggio da F.Calabrese » domenica 13 luglio 2014, 18:27

Accade spesso che appassionati ed autocostruttori -ma anche dei progettisti professionisti- sostengano la superiorità dei filtri del primo ordine, vale a dire quelli a 6 dB per ottava di pendenza.

Io ho sempre sostenuto il contrario, sulla base di un'esperienza progettuale e pratica iniziata nel 1972 e che ancora prosegue.

Proviamo a sgomberare il campo dai pregiudizi e vediamo di arrivare insieme a conclusioni il più possibile definitive, nel senso che siano fondate su ragionamenti e misurazioni ineccepibili.

Vi propongo un percorso logico condivisibile: prendiamo due trasduttori a banda larga, la cui risposta si estenda di molto oltre la frequenza d'incrocio, sia verso le alte che verso le basse frequenze, e proviamo a simulare due diversi filtri di crossover, uno a 6 dB per ottava ed uno a 24-30 dB per ottava, e vediamo cosa accade.

Poi ripetiamo la simulazione scegliendo deliberatamente una frequenza di taglio più bassa, vale a dire più vicina alla frequenza di risonanza del trasduttore impiegato come "tweeter"... e vediamo cosa accade.

Per semplicità troverete i prossimi grafici divisi in due, con la parte inferiore che mostra il comportamento del filtro su un carico resistivo da 8 ohm, mentre nella metà superiore si vede la simulazione della risposta quando lo stesso filtro (con eguali valori) è applicato a due monovia Ciare HX-132, la cui impedenza è molto lineare e vicina ad 8 ohm.

In tutti i grafici dei post che seguono troverete le curve del trasduttore filtrato con il passa-basso (in azzurro) e con il passa-alto(in verde scuro), più le curve delle due emissioni (o delle potenze su carico resistivo) sommate in fase (in rosso) ed in controfase (in blu) (*). Tenete presente che questi sono gli estremi entro cui saranno comunque comprese tutte le curve di risposta fuori asse.

Attenzione: quando si taglia un woofer a radiazione diretta con un driver a tromba, quest'ultimo sfasa il segnale di 90 gradi, relativamente al primo. Quindi la risposta in asse è la media tra le due (rossa e blu) in fase ed in controfase.

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F.C.

(*): Nelle mie simulazioni accade proprio questo: la risposta migliore su carico resistivo si ha nel collegamento in controfase.

F.Calabrese
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Re: Crossover a 6 dB/ottava: la parola finale

#2 Messaggio da F.Calabrese » domenica 13 luglio 2014, 18:36

Iniziamo con il caso più semplice: quello di un filtro del primo ordine (a 6 dB per ottava) con incrocio ad 800 Hz, frequenza ben lontana dal taglio alle basse dei nostri HX-132.
XOVER 6dB_1.png
XOVER 6dB_1.png (128.28 KiB) Visto 8864 volte



Osservate bene la metà inferiore del grafico, che mostra il comportamento "perfetto" del filtro su carico resistivo.

Nella metà superiore del grafico si nota che, nella realtà della simulazione (che include la reattività del carico visto dal filtro) le cose vanno piuttosto diversamente.

In particolare, la riposta migliore sull'incrocio si ha (come per le resistenze) con il collegamento in controfase, ma questo comporta una perdita di rendimento a 100-140 Hz. Il collegamento in fase determina invece un andamento ondeggiante della risposta, con un'enfasi tra 120 e 400 Hz ed una depressione tra 600 e 1800 Hz, vale a dire intorno all'incrocio.

E non ditemi che questi andamenti non li avete mai visti... nelle misure...!!!

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F.C.

F.Calabrese
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Re: Crossover a 6 dB/ottava: la parola finale

#3 Messaggio da F.Calabrese » domenica 13 luglio 2014, 18:45

Ora vediamo qualche accade quando tentiamo di tagliare gli stessi due trasduttori, alla stessa frequenza, ma con un filtro ad alta pendenza.

Per non falsare il risultato con un progetto "ad hoc" ho pensato di riciclare lo schema di un filtro che io progettai 25 anni fa, per gli Hypermonitor Audiometric, che avevano woofers a radiazione diretta e driver a tromba. Ecco la simulazione, ancora una volta con le risposte acustiche in alto e le potenze su carichi resistivi in basso.

XOVER 6dB_2.png
XOVER 6dB_2.png (108.14 KiB) Visto 8863 volte



Osservate quanto si è ristretto l'intervallo di interazione tra le risposte dei due monovia HX-132... e se uno dei due sfasasse 90 gradi, come un driver a compressione, ecco che la risposta-somma sarebbe perfettamente lineare, in asse.

Quello che a noi interessa maggiormente è osservare che agli estremi, vale a dire tra il collegamento in fase ed in controfase delle due vie, c'è una differenza di più o meno quattro dB e qualcosa nel punto massimo, ma per un intervallo di appena mezza ottava.

E' dunque ragionevole pensare che la risposta fuori asse di questo filtro sia assolutamente identica -all'ascolto- per qualsiasi ritardo (e conseguente sfasamento) tra le due vie...

Si può fare di meglio...? Probabilmente SI'... Ma avrebbe senso...???

Se infatti la risposta in asse è lineare (fate la media tra curva rossa e blu) e se per qualsiasi angolo fuori asse varia di così poco... che volete di più...???

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F.C.

P.S.: Se non ve ne siete accorti, fate attenzione alla "gobba" comparsa nella risposta in gamma bassa... Essa è dovuta alla presenza delle bobine in serie al trasduttore che riproduce la via inferiore. L'impedenza di queste bobine risulta abbastanza alta da pregiudicare lo smorzamento del monovia...!

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Re: Crossover a 6 dB/ottava: la parola finale

#4 Messaggio da F.Calabrese » domenica 13 luglio 2014, 18:58

Ora però simuliamo un caso più "reale", anzi tipico: quello in cui la frequenza di taglio è relativamente vicina alla risonanza di uno dei due trasduttori...

Questo avviene nella pratica totalità dei tagli effettuati sui diffusori, perché la risonanza del tweeter si ritrova 90 volte su cento assai vicina alla frequenza di taglio, perlomeno in termini relativi (specie quando si impiegano filtri a bassa pendenza).

XOVER 6dB_3.png
XOVER 6dB_3.png (127.64 KiB) Visto 8862 volte


Osservate la risposta su carico resistivo, nella parte bassa del grafico: è perfetta, come da manuale.

Ora però osservate quel che avviene nel caso di trasduttori reali, come mostra la parte superiore del grafico.

Ancora una volta la risposta migliore si ha con il collegamento in controfase (curva blu), mentre il collegamento in fase comporta una larga enfasi nell'intervallo tra 100 e 220 Hz. (curva rossa). A queste frequenze è però verosimile che il ritardo relativo con cui le due diverse emissioni arrivano fuori asse sia trascurabile, per cui l'unico vero danno causato dall'adozione di questo tipo di filtro consisterà nella perdita di rendimento tra 90 e 180 Hz, per il caso del collegamento in controfase.

Vi invito a ritornare ad osservare la differenza tra il caso reale -sopra- e quello teorico, sotto.

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F.C.

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Re: Crossover a 6 dB/ottava: la parola finale

#5 Messaggio da F.Calabrese » domenica 13 luglio 2014, 19:10

Ed infine ecco quel che accade quando si impiega un filtro ad alta pendenza per tagliare due trasduttori nelle vicinanze delle loro frequenze di risonanza...

XOVER 6dB_4.png
XOVER 6dB_4.png (113.6 KiB) Visto 8861 volte


Ancora una volta il filtro ad alta pendenza (NON progettato specificamente... ricordate...!!!) restringe l'intervallo in cui si verificano anomalie di risposta a meno di un'ottava, con anomalie ridotte all'ordine di più o meno un paio di deciBel.

Qui però la risposta è oscillante e lo smorzamento della risonanza della via inferiore è decisamente andato a farsi friggere.

Questa simulazione è importante per far capire che quando gli autocostruttori tentano l'impiego di filtri ad alta pendenza, è facile che si ritrovino a sentire pregiudicato lo smorzamento delle risonanze meccaniche dei loro trasduttori...

In queste simulazioni abbiamo infatti impiegato il filtri "da tabella", vale a dire quelli che funzionano perfettamente su un carico resistivo. Anche il mio filtro ad alta pendenza era in effetti progettato per vedere come carico l'attenuatore a pi-greco che abbatteva di una decina di deciBel il livello dell'emissione della via superiore... (mentre per l'impedenza dl woofer c'era una rete di Zobel, a linearizzarla...).

Una pausa per i vostri commenti, prima di passare alle conclusioni...

Saluti
F.C.

Tiromancino
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Re: Crossover a 6 dB/ottava: la parola finale

#6 Messaggio da Tiromancino » domenica 13 luglio 2014, 20:22

Non pensavo di scatenare questo putiferio :D

Federico90
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Re: Crossover a 6 dB/ottava: la parola finale

#7 Messaggio da Federico90 » domenica 13 luglio 2014, 20:26

Questo nel caso di un crossover passivo , nel caso si utilizzi l'attivo ??Immagino che gli smorzamenti si fanno da parte ..rimangono i problemi fuori asse ( se però i componenti fossero veramente vicini tra loro magari non sarebbe un vero problema)

Tiromancino
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Re: Crossover a 6 dB/ottava: la parola finale

#8 Messaggio da Tiromancino » domenica 13 luglio 2014, 20:39

In realtà , bisognerebbe prima intendersi se si sta parlando di filtri passivi o attivi.
E se si stanno usando altoparlanti che gradiscono il taglio largo .
Resto dell'idea che in specifiche condizioni un taglio passivo in alto ( quelli in basso sono decisamente improponibili), diciamo intorno ai 7k , con un tw con adeguata risposta crescente , ed un mid con caratteristiche speculari,
sia una grossa fortuna

eugenio_prete
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Re: Crossover a 6 dB/ottava: la parola finale

#9 Messaggio da eugenio_prete » domenica 13 luglio 2014, 21:40

Voglio sottolineare l'abilità che hanno avuto i costruttori, i recensori e le riviste nel far credere a noi appassionati che questa tipologia di filtro fosse la migliore...certo che quando non è possibile il confronto la stampa fa un vero e proprio lavaggio del cervello :mrgreen: :mrgreen: :mrgreen:
Pseudobbistagnurant

Tiromancino
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Re: Crossover a 6 dB/ottava: la parola finale

#10 Messaggio da Tiromancino » domenica 13 luglio 2014, 21:54

eugenio_prete ha scritto:Voglio sottolineare l'abilità che hanno avuto i costruttori, i recensori e le riviste nel far credere a noi appassionati che questa tipologia di filtro fosse la migliore...certo che quando non è possibile il confronto la stampa fa un vero e proprio lavaggio del cervello :mrgreen: :mrgreen: :mrgreen:
Proprio su questo argomento non è per nulla vero quello che scrivi.
Si discute in maniera piuttosto accademica e distaccata su quale tipologia sia migliore , ma ricordiamo che si tratta di possibilità tecniche progettuali che isolatamente non provano nulla .
Nell'insieme di un sistema ci sono tante altre variabili che rendono ogni giudizio categorico errato.
Per cui su questi punto non c'è stato nessun cartello. Il tacito accordo sta su altre cose.

Del resto se dovessimo attenerci alle curve teoriche, si è visto che sono perfette ( e l'altoparlante reale è una brutta bestia anche per gli altri filtri).
Peccato che un filtro a 6 DB con gli attuali altoparlanti non fornisca quella pendenza che è necessaria , visto che negli anni si è preferito far lavorare i mid ed i tw lontano dalla loro risonanza caratteristica .

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