1 Introduzione Questa manuale e stato scritto e ideato dalla ditta G.G.Elettronica. L’obbiettivo primario di questo manuale è cercare di far comprendere in maniera semplice la realizzazione di un crossover passivo. La realizzazione di questo manuale è stata eseguita sulla base delle nostre esperienze personali quindi, se all’interno, troverete degli errori di qualunque genere vi preghiamo cortesemente di farcelo sapere, in modo tale da rendere il suddetto manuale più preciso e veritiero.
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Introduzione Questa manuale e stato scritto e ideato dalla ... · progetto del filtro; ulteriore esigenza è la bassa resistenza interna, al fine di evitare scostamenti rilevanti
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Introduzione Questa manuale e stato scritto e ideato dalla ditta G.G.Elettronica. L’obbiettivo primario di questo manuale è cercare di far comprendere in maniera semplice la realizzazione di un crossover passivo. La realizzazione di questo manuale è stata eseguita sulla base delle nostre esperienze personali quindi, se all’interno, troverete degli errori di qualunque genere vi preghiamo cortesemente di farcelo sapere, in modo tale da rendere il suddetto manuale più preciso e veritiero.
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Indice
Filtri Passivi 3 Condensatori
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Induttori
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Altoparlanti
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Progettare singole celle passa alto passa basso e passa banda
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Tabelle Crossover passivi
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Reti di compensazione
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Tabella delle reti di compensazione dell’impedenza
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Rotazioni e Ritardi di fase
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Reti d’attenuazione
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Tabelle Reti di Attenuazione
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Filtri passivi o Crossover Passivi Il filtraggio del segnale può essere effettuato a monte dell’amplificatore, nel qual caso è ovvio che ogni trasduttore riceverà il segnale da un amplificatore dedicato e in questo caso il filtro è denominato “crossover elettronico”, oppure a valle dell’amplificatore suddividendolo il segnale con un circuito passivo detto “crossover passivo”. Il numero delle suddivisioni con cui viene filtrato il segnale corrisponde alle “vie” del diffusore, ad esempio se diviso in due bande è un “due vie”, in tre bande è un “tre vie”; ovviamente il numero delle vie non ha relazione con il numero degli altoparlanti impiegati nel sistema in quanto la riproduzione della stessa porzione di segnale può essere affidata a più trasduttori, pertanto un sistema con un woofer e quattro tweeter resta un sistema a “due vie”. Caratteristica peculiare di un filtro passivo è la frequenza scelta come inizio del suo intervento indica come “frequenza di taglio” che a volte coincide con la “frequenza d’incrocio”; ulteriori caratterizzazioni sono la “pendenza di taglio”, che è il valore asintotico, misurato in dB/oct., dell’attenuazione ottenuto, a parità di tensione in ingresso, su una frequenza intervallata di un ottava rispetto a quella di taglio ed il “fattore di merito”, che determina la risposta in ampiezza del filtro. In un sistema audio è quindi necessario suddividere il segnale in più “vie” in modo da ottenere che ad ogni trasduttore giungano solo le frequenze per la cui produzione è stato progettato; questo viene effettuato processando il segnale attraverso un circuito che attenui le frequenze indesiderate opponendo una resistenza variabile(reattanza) in funzione della frequenza riprodotta; pur essendo varie tipologie di circuiti in grado di produrre tale effetto noi ci soffermeremo sui seguenti tre:
• Passa-alto: lascia passare integre le frequenze superiori alla “frequenza di taglio” ed attenua quelle inferiori;
• Passa-basso: lascia passare integre le frequenza inferiori alla “frequenza di taglio” ed attenua quelle superiori;
• Passa-banda: essendo costituito da una combinazione dei primi due, attenua gli estremi della banda lasciando passare le frequenza comprese in una gamma definitiva da due “frequenze di taglio”, una iniziale ed un finale.
I citati circuiti sono tutti ottenibili con condensatori non polarizzati ed induttori, collegati singolarmente in serie al segnale, od in configurazione multipla collegati in successione serie-parallelo alternati tra di loro; il numero dei componenti reattivi utilizzati per ogni circuito determina “l’ordine” del filtro riferito alla singola sezione “passa-alto” o “passa-basso”; avremo quindi un circuito del “1° Ordine” con un solo componente di serie, del “2° Ordine” con uno in serie ed un in parallelo, del “3° Ordine” con uno in serie, uno in parallelo ed un altro in serie, e così di seguito. Nella determinazione dell’ordine del filtro non intervengano i componenti delle “reti di compensazione”, di cui diremo più avanti
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Condensatori I condensatori utilizzati per costruire crossover passivi devono essere del tipo “non polarizzato” con valori compresi, nella maggior parte dei casi, tra 1 e 100 µF(microFarad); essi sono comunemente in commercio con valori standard, ma è facilmente ottenibile un valore diverso collegando in parallelo più condensatori, ad esempio per avere una capacità di 5,5 µF se ne può impiegare uno da 2,2 µF e uno da 3,3 µF, dato che la capacità di più condensatori in parallelo corrisponde alla somma delle singole capacità. Quelli più facilmente reperibili sono del tipo elettrolitico ma è opportuno evitare il loro uso od almeno limitarlo ai valori più grandi quando ad esempio sono imposti da esigenze economiche e d’ingombro, perchè afflitti da rilevanti tolleranze costruttive e da modesta stabilità al variare delle condizione climatiche; meglio usare condensatori a film plastico, più stabili e precisi. La loro caratteristica elettrica di maggiore interesse è la “reattanza capacitiva” che oppone una resistenza variabile al passaggio del segnale: questa resistenza diminuisce in modo proporzionale all’aumento della frequenza che li attraversa per cui, collegandoli in serie tra l’amplificatore e l’altoparlante, effettuano un’attenuazione delle basse frequenze in misura dipendente dal loro valore in µF e dall’impedenza del trasduttore. Va posta attenzione anche alla tensione massima di lavoro, normalmente indicata sull’involucro del condensatore, la quale non deve essere inferiore a quella del segnale che lo attraversa. Per la costruzione dei filtri passivi è opportuno utilizzare condensatori possibilmente il film plastico di buona qualità, con tolleranze non superiori al 5% e tensioni non inferiori a 100v; meglio ancora sarebbe la verifica dei valori dichiarati con un capacimetro di precisione.
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Induttori o Bobine Gli induttori sono avvolgimenti in filo conduttore isolato le cui spire possono essere avvolte “in aria” o su nucleo metallico; la loro costruzione mette in evidenza la proprietà che un filo conduttore a generare forza elettromotrice indotta quando è attraversato da una corrente variabile; la forza elettromotrice indotta è proporzionabile al “coefficiente di autoinduttanza” meglio conosciuto come induttanza la quale si misura in Henry e relativi sottomultipli. Le bobine o induttori hanno una “reattanza induttiva” che oppone una resistenza che aumenta in modo proporzionale con l’aumento delle frequenze che le attraversano; ciò consente, collegando una bobina in serie al segnale tra amplificatore ed altoparlante, l’attenuazione delle alte frequenze in misura dipendente dal suo valore in mH(milliHenry) e dal valore dell’impedenza di carico vista dall’amplificatore, data la resistenza dell’insieme bobina altoparlante. Grande rilievo ha la tolleranza percentuale del loro valore dichiarato, che deve essere la più piccola possibile al fine di consentire una buona approssimazione del valore di “taglio” calcolare il fase di progetto del filtro; ulteriore esigenza è la bassa resistenza interna, al fine di evitare scostamenti rilevanti dell’impedenza di carico rendendo inattendibili le aspettative di risposta; inoltre una resistenza eccessiva provocherebbe una caduta di tensione con conseguente perdita di potenza. Per la costruzione di filtri passivi è quindi opportuno utilizzare bobine di qualità e possibilmente di dotarsi di un induttometro(vedere come si scrive) di precisione, per verificare l’induttanza dichiarata e di un ohmmetro specifico per la misurazione di bassi valori di resistenza.
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L'altoparlante L'altoparlante è un dispositivo elettromeccanico che ha la funzione di convertire il segnale elettrico proveniente dall'amplificatore in onde di pressione che il nostro sistema uditivo percepisce come suoni. Per questa sua funzione viene chiamato anche trasduttore. Gli altoparlanti più comuni si classificano in ortodinamici e isodinamici a seconda del principio di funzionamento. Negli altoparlanti ortodinamici la forza che imprime il moto al diaframma radiante è in un solo punto — perpendicolare al piano del diaframma medesimo — e solo un'accurata geometria consente a ogni parte del diaframma di muoversi in fase, mentre nei sistemi isodinamici la forza è distribuita in egual misura su tutta la superficie radiante. Nel car-audio solamente alcuni costruttori hanno prodotto altoparlanti isodinamici — fra essi Bohlender-Graebener, Eminent Technology, ESS, Fostex, Infinity, Sony. Gli ortodinamici sono evidentemente i più diffusi e ad essi ci riferiremo pel prosieguo. Si dividono sostanzialmente in due famiglie: a cono e a cupola, a seconda della forma che presenta il diaframma radiante. Generalizzando si può dire che le membrane a cono sono più adatte per la riproduzione delle frequenze basse e di quelle medio-basse (woofer e low-midrange), mentre i profili a cupola sono indicati per riprodurre le medio-alte e le alte (midrange e tweeter). Vi sono ovviamente delle variazioni sul tema, rappresentate dai profili a cono-cupola di moltissimi tweeter e di qualche midrange (es.: Morel) e dai profili a cupola rovesciata di qualche tweeter del recente passato (es.: Epicure). Sul fronte dei materiali impiegati per la costruzione delle membrane, si spazia dalla cellulosa al polipropilene e dal carbonio al kevlar per i coni, mentre per le cupole la seta e la poliammide convivono con l'alluminio e il titanio e tanti altri materiali, spesso esotici. Qui sotto potete osservare la struttura di un generico woofer: il diaframma troncoconico risulta sospeso all'interno del cestello per il tramite di due sospensioni, una esterna chiamata bordo — generalmente in foam, gomma o tela corrugata — e una interna chiamata centratore o spider — quasi sempre in tela corrugata. L'unico movimento consentito da questa configurazione è quello assiale. Collegata rigidamente al vertice del cono vi è la bobina mobile, immersa al centro dell'espansione polare di un magnete , in una cavità chiamata traferro
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Quando un flusso di corrente proveniente dall'amplificatore scorre nella bobina, questa genera un campo magnetico che, interagendo con quello del magnete permanente, la fa muovere insieme al cono che le è solidale. Lo spostamento e il verso di questo equipaggio mobile sono determinati dall'intensità e dal verso del flusso di corrente nella bobina. La struttura di un tweeter differisce da quella di un woofer sostanzialmente nella sospensione, che è unica invece che doppia. Essa si trova alla base della cupola, che è anche il punto di giunzione con la bobina mobile, e spesso — ma non sempre — è dello stesso materiale della cupola per prevenire problemi legati all'incollaggio di materiali differenti.
Il complesso cupola/sospensione/bobina viene chiamato butterfly ed è leggerissimo, molto più di un cono, anche il più piccolo. Le tolleranze di progetto e di lavorazione richieste per la costruzione di un tweeter, estremamente strette, rendono ragione del fatto che solo pochi costruttori al mondo hanno sviluppato le capacità tecnologiche per farli.
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Progettare singole celle: Passa-Alto, Passa-Basso, Passa-Banda Una cella o rete passa-alto o passa-basso è ottenibile con la semplice interposizione tra amplificatore ed altoparlante di un condensatore o di una bobina, vedi Fig. 3, i quali determinano un’attenuazione delle frequenze riprodotte in funzione della reattanza del componente utilizzato per cui, scelta una frequenza di taglio, il rispettivo valore sarà determinato dalle equazione:
C = ____106___ 2∏ . Fc . I
L = __103 . I__ 2∏ . Fc
dove “C” è il valore del condensatore in µF, “Fc” è la frequenza di taglio Hz, “L” è il valore dell’induttore in mH e “I” è il valore dell’impedenza in Ohm. Il filtro cosi ottenuto, avendo un solo componente in serie al segnale, è detto del “1° Ordine”, mentre la sua pendenza è di 6 decibel per ottava(ricordiamo che la pendenza è dipendente dall’ordine del filtro ed aumenta di 6dB ad ogni incremento dell’ordine).
Per realizzare un circuito passa-banda, come abbiamo accennato in un paragrafo precedente, è sufficiente collegare in cascata i componenti del passa-alto e del passa-basso, in tal modo il primo attenuerà le frequenze inferiori al suo taglio mente il secondo quelle superiori, consentendo cosi il passaggio integro solo all’intervallo di frequenze
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comprese tra le due frequenze di taglio. Per fare una prova pratica di quanto esposto, supponiamo di voler realizzare celle del primo ordine per filtrare il diffusore schematizzato in Fig. 2, ipotizzando che il woofer vada tagliato a 1kHz ed abbia 4 Ohm di impedenza, il midrange vada tagliato in basso a 1kHz, in altro a 5 KHz ed abbia 6Ohm di impedenza, il tweeter vada tagliato a 5kHz ed abbia 8Ohm di impedenza; a questo punto, applicando le formule viste in precedenza , possiamo calcolare i valori dei componenti. Iniziamo dal passa alto del tweeter:
C1 = ___1000000___ = 3,981 µF 6,28 . 5000 . 8
Procediamo ora con il passa-banda del midrange:
C2 = ___1000000___ = 3,981 µF
6,28 . 5000 . 6 L1 = __1000 . 6__ = 0,191 mH
6,28 . 5000 Infine il passa-basso del woofer:
L2 = __1000 . 6__ = 0,955 mH 6,28 . 1000 Vediamo ora come realizzare delle celle del secondo ordine (12dB per ottava), cioè con due componenti interposti tra amplificatore e segnale(o trasduttore). Questo tipo di filtro viene realizzato collegando in serie un condensatore ed in parallelo una bobina(cella passa-alto), oppure una bobina in serie ed un condensatore in parallelo (cella passa-basso), come schematizzato in Fig. 5; a differenza del filtro di primo ordine, è caratterizzato da due parametri che influenzano la risposta in frequenza: la frequenza di risonanza ed il fattore di merito.
Essendo la frequenza di risonanza, che corrisponde alla frequenza di taglio, relazionata alla radice quadrata del prodotto dei due componenti, è ipotizzabile ottenere la stessa frequenza di taglio con condensatori e induttanze di diverso valore purché il loro prodotto si eguale; tuttavia non si otterrebbe la stessa curva di risposta, in quanto verrebbe modificato il fattore di merito del circuito che è relazionato al rapporto tra capacità ed induttanza. Il fattore di merito, indicato anche come “Q”, determina la risposta del filtro, per cui a diverso valore di “Q” corrisponde un diverso andamento della curva di risposta: alcuni di questi andamenti sono particolarmente utilizzati per realizzare crossover ed hanno una precisa denominazione, solitamente riferita al matematico che per primo ha fatto studi su di essi.
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Noi approfondiremo in questo paragrafo la realizzazione di celle “Q” eguale a 0,707 essendo questo il fattore di merito più utilizzato nei crossover, denominato anche allineamento “Butterworth” o allineamento “massimamente piatto”, poiché l’andamento della sua curva di risposta nella zona del taglio si discosta il meno possibile dal livello della banda passante. Veniamo ora alla formule per determinare i valori delle bobine e dei condensatori iniziando col dire che valgono indifferentemente sia per il passa-alto che per il passa-basso:
C = __106_*_Q__ 2∏ * Fc* I
L = ___103 * I___ 2∏ * Fc * Q
Rifacendoci all’esempio precedente nel quale abbiamo progettato celle del primo ordine per un diffusore a tre vie con woofer da 4ohm con passa-basso a 1000Hz, midrange da 6 Ohm con passa-banda 1000-5000 Hz e tweeter da 8 Ohm con passa-alto a 5000 Hz, proponiamo gli stessi tagli effettuati però con celle del secondo ordine (12 decibel per ottava), come riportato in Fig. 6. Dalle formule derivate avremo che :
Analogo ragionamento può essere applicato per la progettazione di celle di ordine superiore al secondo e di allineamento diverso da “Butterworth”, per le quali vi rimandiamo al riepilogo delle formule in appendice a questo testo. Un aiuto per la realizzazione di progetti, evitando di surriscaldare la vostra calcolatrice, può venire da uno dei tanti programmi per computer che oramai sono di comune reperibilità, in alternativa è possibile leggere direttamente dalle tabelle nel paragrafo successivo i valori dei componenti per realizzare filtri Butterworth fino al terzo ordine e filtri del secondo ordine con altri allineamenti.
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Ora che abbiamo tutti gli elementi per realizzare dei crossover, soffermiamoci su una considerazione: in tutte le equazioni per determinare valori di capacità ed induttanza sin qui viste una variabile sempre presente è l’impedenza dell’altoparlante, intesa come resistenza di carico. I nostri calcoli sono quindi precisi solo in funzione di un carico resistivo, ma l’altoparlante, lungi da esserlo, ha un comportamento elettrico alquanto complesso, infatti esso è assimilabile ad un circuito LCR(induttivo, capacitivo e resistivo), il cui modulo dell’impedenza non è sicuramente lineare, in dettaglio è afflitto da un picco sostenuto in prossimità della frequenza di risonanza e da un andamento che tende ad aumentare la resistenza all’aumentare della frequenza. Questo rende inattendibile i calcoli chi si basano sulla considerazione dell’impedenza come valore fisso: per risolvere questo problema occorre linearizzare la curva del modulo al fine di renderla quanto più livellata possibile e attestata sul valore dell’impedenza nominale del trasduttore; vedremo in seguito, nel capitolo RETI DI COMPENSAZIONE, come effettuare tali correzioni(vedi Cap. Reti di Compensazione).
Valori dei componenti per filtri Butterworth – Ω 4Ohm - Q 0,707
Freq. 1° Ordine 6dB 2° Ordine 12dB 3° Ordine 18 dB di Taglio P. Alto P. Basso P. Alto o P. Basso Passa Alto Passa Basso C(µF) L(mH) C(µF) L(mH) C1(µF) L1(mH) C2(µF) L2(mH) C3(µF) L3(mH)
Valori dei componenti per filtri Bessel – Ω 4Ohm - Q 0,577 Frequenza 2° Ordine 12dB Frequenza 2° Ordine 12dB Frequenza 2° Ordine 12dB di Taglio P. Alto o P. Baso di Taglio P. Alto o P. Baso di Taglio P. Alto o P. Baso
Valori dei componenti per filtri Bessel – Ω 8Ohm - Q 0,577 Frequenza 2° Ordine 12dB Frequenza 2° Ordine 12dB Frequenza 2° Ordine 12dB di Taglio P. Alto o P. Baso di Taglio P. Alto o P. Baso di Taglio P. Alto o P. Baso
Valori dei componenti per filtri Paynter – Ω 4Ohm - Q 0,639
Frequenza 2° Ordine 12dB Frequenza 2° Ordine 12dB Frequenza 2° Ordine 12dB di Taglio P. Alto o P. Baso di Taglio P. Alto o P. Baso di Taglio P. Alto o P. Baso
Valori dei componenti per filtri Paynter – Ω 4Ohm - Q 0,639 Frequenza 2° Ordine 12dB Frequenza 2° Ordine 12dB Frequenza 2° Ordine 12dB di Taglio P. Alto o P. Baso di Taglio P. Alto o P. Baso di Taglio P. Alto o P. Baso
Valori dei componenti per filtri Chebyshev – Ω 4Ohm - Q 0,957 Frequenza 2° Ordine 12dB Frequenza 2° Ordine 12dB Frequenza 2° Ordine 12dB di Taglio P. Alto o P. Baso di Taglio P. Alto o P. Baso di Taglio P. Alto o P. Baso
Valori dei componenti per filtri Chebyshev – Ω 8Ohm - Q 0,957 Frequenza 2° Ordine 12dB Frequenza 2° Ordine 12dB Frequenza 2° Ordine 12dB di Taglio P. Alto o P. Baso di Taglio P. Alto o P. Baso di Taglio P. Alto o P. Baso
Reti di compensazione Il comportamento elettrico dell’altoparlante è ben lontano da quello di una resistenza, osservando infatti i moduli dell’impedenza di due ipotetici trasduttori, grafici in fig. 7 e 8, possiamo notare che l’impedenza varia in funzione della frequenza formando una q con un forte picco coincidente con la frequenza di risonanza dell’altoparlante e d’inoltre la resistenza tende ad aumentare man mano che aumenta la frequenza.
Osservando i grafici si può notare come il comportamento sia di norma differente tra un woofer e un tweteer anche se questo infatti ha un andamento più regolare non è sufficientemente lineare per considerare attendibili celle di filtri calcolata assumendo il valore dell’impedenza nominale del trasduttore; seguendo però semplici accorgimenti potremmo evitare che questi infici il risultato del nostro lavoro; vediamo come agire e, considerando la differenza di comportamento, quale ragionamento fare per risolvere le problematiche dell’impiego di un trasduttore specializzato per le frequenze medio-alte e di uno per le frequenze basse, con la premessa che è necessario conoscere le caratteristiche elettriche dell’altoparlante impiegato, in particolare la frequenza di risonanza. La prima eventualità che affronteremo riguarda l’impiego di un midrange o di un twetter, questo tipo di altoparlante come desumibile dal grafico presenta un modesto picco di in corrispondenza del picco di risonanza, per evitare il quale sarà sufficiente fissare la frequenza di taglio del passo-alto, ipotizzato a 12db/oct, distante circa un’ottava dalla frequenza di risonanza un divario di 2/3 di ottava se il passo-alto è a 18db/oct o raddoppiandolo se si opta per un 6db/oct, ad esempio per un twetter con Fs di 2000Hz la
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frequenza minima di taglio sara fissata intorno ai 4000Hz 12db, oppure 3300Hz 18db, oppure 8000Hz 6db; questo accorgimento consentira che alla frequenza di risonanza si abbia un’attenuazione di 12db che minimizza l’effetto di una irregolarità di risposta.
Evitato così il primo problema non resta che linearizzare la parte alta del modulo, tale correzione è ottenibile con un circuito formato da un condensatore e una resistenza, in serie tra loro collegati tra il filtro e l’altoparlante, come evidenziato in Fig. 9; per determinare il valore dei due componenti occorre conosce la resistenza in C.C. (Re), e l’induttanza della bobina mobile (Le) del trasduttore, quindi eseguire le relazioni: C = 103 * Le R = Re+ 10 % Re2
In alcuni casi, per evitare che il modulo scenda eccessivamente, è opportuno aumentare R di un 12% che è circa la differenza che intercorre tra Re e l’impedenza nominale. Diverso ragionamento viene fatto per il woofer in quanto, intervenendo il passa-basso presubilmente prima che il modulo abbia la brusca salita non si renda necessario la compensazione dell’impedenza mentre teoricamente dovrebbe riprodurre fino all’estremo basso, di conseguenza anche le frequenze dove si manifesta il picco di risonanza; precisiamo però che il woofer quando montato in una cassa ha un passa-alto meccanico la cui risposta è condizionata dall’accordo utilizzato e che inoltre in molti subwoofer la frequenza di risonanza è bassa al punto di non creare problemi alla riproduzione. Resta solo un marginale possibilità che si renda necessario neutralizzare il picco di risonanza, in tal caso si ricorre ad un circuito il cui comportamento elettrico si opponga a quello del woofer in corrispondenza della frequenza di risonanza; normalmente definito come “rete di compensazione del picco di risonanza”, e composto da un condensatore, un induttore e da una resistenza in serie tra di loro, posto in parallelo tra crossover e altoparlante, vedete Fig. 10. Anche in questo caso bisogna conoscere alcuni parametri dell’altoparlante, in particolare la resistenza i c.c. (Re), la frequenza di risonanza (Fs) il fattore di merito elettrico (Qes) ed il fattore di merito meccanico (Qms) con questi dati si ottiene il valore dei componenti C, L, R, applicando le seguenti equazioni:
C = 106______ 2∏ * Fs * Re * Qes L = 103 * Re * Qes 2∏*Fs R = Re * Qes_ Qms
Ovviamente i due tipi di compensazione possono essere impiegati contemporaneamente, tuttavia utilizzabile consigliarle solo quando adeguate prove di ascolto giustificano la loro applicazione; per le reti di compensazione dell’impedenza, che sono certamente le più usate, seguono le tabelle con i calcoli gia sviluppati.
Rotazione e ritardi di fase Come gia detto non è sufficiente calcolare i tagli di frequenza teorici desiderati ma deve essere anche considerata la curva di risposta e di impedenza dell’altoparlante per essere sicure dell’efficacia del crossover. Un altro aspetto da considerare e che, mentre nel calcolo di un diffusore acustico domestico possono essere calcolate e decise a priori le posizioni degli altoparlanti e i tagli conseguenti più opportuni, nella sonorizzazione delle vetture questo il più delle volte non sara fattibile e saremo costretti a collocare gli altoparlanti dove sara possibile. In base alle posizioni adottate avremmo ritardi a rotazione di fase che dovranno essere calcolate e compensate via via sperimentalmente pratiche. Più saranno vicini gli altoparlanti e meno saranno presenti questi fenomeni. Una cosa invece è certa e quindi da tenere presente dall’inizio, è la rotazione di fase causata dal crossover variabile di segno e gradi in base al tipo di crossover e alla sua pendenza. Nella tabella che segue abbiamo schematizzato gli effetti di un filtro butterworth con pendenze di 6, 12, 18, 24 db per ottava.
Pendenza Sfasamento Sfasamento Sfasamento Passa-Alto Passa-Basso Totale
6 dB +45° -45° 90° 12 dB +90° -90° 180° 18 dB +135° -135° 270° 24 dB +180° -180° 360°
Come si può vedere lo sfasamento totale tra frequenza uscente del passa-basso e quella uscente del passa-alto è dato dalla somma degli sfasamenti. Considerando che nei filtri passa-banda nella maggior parte dei casi vengono impiegate reti asimmetriche, avendo quindi frequenze differenziate per il passa-alto e il passa-basso(es. PB 6 dB/oct. E PA 18dB/oct.) dovremmo fare la somma dei due sfasamenti.
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Reti d’attenuazione Un limite dei filtri passivi è dato da non poter controllare il guadagno del segnale per ciascuna delle vie, cosa possibile quando si utilizza crossover elettronici per cui risulta difficile ottenere una risposta in frequenza uniforme, magari per la diversa efficienza dei altoparlanti impiegati o per la ragione di ubicazione degli stessi. I casi dove si presenta questo problema possono essere risolti con delle “reti di attenuazione”, esse sono dei circuiti resistori che, provocando una caduta di tensione al segnale d’ingresso, attenuano il livello di uscita; tali circuiti possono essere realizzati con diverse architetture, ma noi ci soffermiamo con l’utilizzo dei tre sistemi di maggior diffusione:
• Attenuatore in serie composto da una semplice resistenza in serie tra l’amplificatore e il circuito crossover in modo che quest’ultimo subisca variazioni di carico.
• Attenuatore ad impedenza costante tipo “L”, composta da una resistenza in serie ed una in parallelo posto a valle del circuito crossover, questo tipo di attenuatore non varia il carico resistivo visto dal crossover.
• Attenuatore di impedenza costante tipo “T”, composto da una resistenza in serie, una in parallelo ed un’altra in serie, poste a valle del circuito crossover, anche questo tipo di attenuatore non varia il carico resistivo visto dal crossover.
Questi circuiti, la cui architettura è evidenziata in fig. 11, trovano l’applicazione prevalente sui trasduttori per le frequenze medie ed altee la determinazione del valore delle resistenze da utilizzare nei rispettivi circuiti e facilmente desumibile dalle tabelle nel capitolo successivo; Preferiamo non dilungarci nell’esposizione delle formule da impiegare nel calcolo poiche le tabelle offrono una vasta scelta di attenuazione con riferimenti a carichi più usuali; non restino delusi i maniaci della calcolatrice in quanto la loro curiosita potra trovare appagamento nel capitolo “Raccolta di equazioni e formule”.
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Nel costruire le reti di attenuazione è necessario utilizzare il resistore in grado di dissipare adeguatamente la potenza in gioco sulla banda attenuata; pure esistendo una relazione matematica tra potenze è banda passante per determinare l’energia che attraversa un circuito in presenza di un segnale con tensione costante, risulta difficile teorizzare una ripartizione di potenza tra le vie di un diffusore e regime musicale si pensi ad esempio come e diversa l’energia che sollecita la gamma media di un diffusore quando questo riproduce un coro o dei fiati rispetto a quando è impegnato con delle percussioni. Per non avere sorprese, o meglio escursioni termiche sui resistori dei nostri attenuatori occorre ricorrere al buon senso piuttosto che alle formule selezionando resistenze con tenute prudenziali, comunque non al di sotto dei 5watt per attenuazione delle alte frequenze e 10watt per le medie frequenze.
attenuazione attenuatore attenuatore
tipo attenuazione attenuatore attenuatore
tipo da calcolare tipo serie serie parallelo da calcolare tipo serie serie parallelo