Simuliamo un Crossover con Cross PC (Parte Seconda)

Dopo aver visto come si comporta Cross PC come calcolatore, vediamo oggi cosa esce dal magico cilindro, interpellandolo come simulatore.

Come prima prova “didattica” utilizzeremo il progetto PARTRES di default. La procedura sarà la seguente: modellizzare gli altoparlanti, calcolarne il filtro ideale, analizzarne la risposta una volta applicato anche il carico reale, analizzare la risposta globale del sistema completo trasduttori + crossover.

FASE 1 – ALTOPARLANTI IN ARIA LIBERA

Andiamo subito, tramite il menu Verifica, ad eliminare la R1 che imposta Cross PC nel ramo Passa-Basso del filtro.

Accendiamo la bobina del tweeter (dal sottomenu Altoparlanti) e lasciamo le altre due schermate inalterate. Così facendo potremo vedere come Cross PC ha modellizzato le risposte di entrambe i driver.

Sempre dal Menu Verifica:

Digitiamo T, Tutte le Vie:

Diamo SI a Risposta altop.:

Ed ecco simulati i nostri trasduttori…

FASE 2 – FILTRO IDEALE

Passiamo al calcolo del filtro. Solita procedura, si torna al menu inizio, si sceglie progetto, 2 vie, e vediamo cosa accade con:

un taglio a 2000Hz e

allineamento Butterworth (CPC).

Ritorniamo nel menu Risposta, Tutte le Vie, ma stavolta selezioniamo NO alla Risposta altoparlanti:

Continuiamo senza cancellare il grafico di prima ed ecco il risultato:

C’è un pò di confusione, vediamo di chiarire. Ho appositamente voluto tracciare la nuova coppia di curve sopra alla precedente, senza eliminarla, per poter fare una brevissima considerazione: le curve Blu/Verde sono quelle ricavate prima, dove leggiamo l’andamento della risposta in frequenza. La nuova coppia, invece, quella Ciano/Rossa, indica il comportamento del filtro ideale, terminato quindi su resistenza. Quello che dovremo ottenere è l’insieme di queste due coppie unita al fattore impedenza, per capire cosa “vedrà” l’amplificatore una volta collegati tutti i cablaggi ed inserito il programma musicale. Se la ben nota questione impedenza non esistesse, potremmo benissimo fondere le 4 curve velocemente, e lo vediamo in questo grafico, dove, accendendo la sola risposta degli altoparlanti, ma lasciando spenta la componente impedenza:

e cancellando i tracciati precedenti

otteniamo

una risposta filtrata di due resistenze (quella del woofer e quella del tweeter). Ma questa non è la reale risposta in frequenza del sistema, abbiamo detto. E’ solo l’integrazione tra la risposta resistiva (ideale in un certo senso) dei trasduttori e quella ideale del crossover. Abbiamo infatti lasciato il filtro “acceso”, ma abbiamo detto SI solo alla risposta in frequenza, non anche all’impedenza. Ecco perchè ho parlato di risposta filtrata e non di risposta reale. Passiamo quindi alla

FASE 3 – IL FILTRO REALE E LA REALE RISPOSTA IN ASSE

Una volta ottenuti i valori per il filtro ideale terminato su resistenze, ed avendo notato come questo si integri con la sola risposta dei driver, dobbiamo capire come verrà a modificarsi il precedente grafico nel momento in cui “accendiamo” le bobine degli altoparlanti, intesi quindi come carico non puramente resistivo. Facciamo allora un passo indietro. Ritracciamo il grafico ideale del filtro e tracciamo anche la risposta reale del sistema completo (filtro + risposta + impedenza). Vediamo logicamente una bella differenza:

ma questo lo si immaginava (c’è la risposta in frequenza degli altoparlanti contro quella ideale di un filtro… che bella forza…). E vi immaginavate anche questa, di differenza?

Qui ho inserito logicamente il filtro e calcolato il grafico dapprima con la sola riposta dei coni, per poi accenderne anche il contributo dell’impedenza. Vogliamo quantificare la variazione? Basta ritracciare il grafico ideale del filtro (dando NO sia alla risposta che all’impedenza) e subito dopo quello della sola impedenza “filtrata”… Ed ecco cosa ne esce:

Questo è sostanzialmente il motivo per il quale inserire il valore di Re nella parametrizzazione di un filtro renda a lato pratico una risposta del sistema scorretta, o comunque diversa da quella calcolata. Ricordatevi questo grafico per tutta la vita e non crediate che queste “piccolezze” vengano tralasciate dal nostro orecchio. Ai più sembrerà poca cosa ma analizzando meglio scopriamo che:

– l’andamento ideale del woofer (collegato al filtro ideale) mostrerebbe 3 dB di attenuazione sulla frequenza di taglio (2 KHz), mentre l’altoparlante vero, e suonante, ha un picco di 2 dB per uno scompenso sulla critica zona d’incrocio di ben 5 dB. Se contiamo che con certe ed accreditate sperimentazioni l’orecchio umano allenato è in grado distinguere differenze dell’ordine dello 0,1 dB, siamo a cavallo… Il filtro reale, quindi, filtra meno di quanto vorremmo, generando una curva che è identica a quella calcolata solo sotto i 1000 Hz e sopra i 9000, aree su cui non ci interessava già in partenza agire o comunque intervenire…

– il tweeter ha dei “problemi” pure lui. Anzichè emettere 87 dB di pressione all’incrocio ne emette 90, non è attenuato, quindi… E allora che filtro avevamo idealizzato? Un filtro che a 2000 Hz fa di tutto tranne che quello per cui è concepito… Anche qui notiamo una precisa correlazione solo sopra i 5000 Hz e sotto i 700 Hz circa…

E ho solamente preso due altoparlanti a caso e filtrati con una frequenza d’incrocio a caso pure lei… Figuratevi poi con i vostri driver ed alla ricerca della perfezione come gli aspetti precedentemente visti possano minare la reale risposta del sistema di diffusione completo…

Non siete ancora convinti? Allora guardatevi il woofer se modifichiamo il taglio da 2000 Hz a 4000 Hz:

Risposta reale del sistema (filtro + risposta driver + impedenza driver)

Solo impedenza (filtro ideale e filtro reale)

E ho fatto solamente un secondo esempio a caso… Sembra però che anche casualmente le situazioni non vogliano migliorare, ma solamente peggiorare. Forse è bene quindi ricordarsi che quando vogliamo progettare un filtro crossover di qualità dobbiamo considerare determinati elementi prima di metterci a fare i calcoli… La teoria prima della pratica!!! SEMPRE!!!

Buona sperimentazione…