Air Wiring – Sviluppare un Crossover

Qual’è il modo migliore per cablare una circuitazione? Lo stampato, direte voi…

In alcuni casi è anche vero, ma ricordiamoci che preparare un PCB, e preparane uno di qualità superiore per la connessione dei nostri componenti potrebbe non risultare così immediato, lo abbiamo visto proprio in questo articolo, dove analizzavamo i passi necessari alla realizzazione di uno stampato; sopratutto se pensiamo al tempo che si va a perdere, tempo che non potremo dedicare all’ascolto vero e proprio e alla parametrizzazione del circuito stesso.

Una vecchia ma molto valida tecnica, è quella del cosidetto “cablaggio in aria” o appunto “air-wiring”. E’ utilizzata principalmente nelle elettroniche valvolari, ma nessuno ci vieta di implementarla, “rivisitata”, anche nelle nostre circuitazioni autocostruite delle reti di filtraggio e di compensazione. Tale cablaggio permette una connessione dei componenti senza l’ausilio di stampati nè di supporti extra, come qui:

o qui:

dove notiamo appunto che il collegamento viene effettuato propriamente “in aria”, da componente a componente, risultando talvolta anche piuttosto “disordinato” devo dire (ma l’importante è la qualità del suono e l’immunità ai disturbi, giusto?! Non ci dobbiamo sfilare a Parigi con il nostro crossover).

Tutto ciò è molto comodo, se pensiamo che in un sistema di questo tipo non sono necessarie penne magiche, acidi o soluzioni strane, ma che la questione si limita alla connessione diretta di tutti i dispositivi, “uno sull’altro”.

Ma questa situazione è possibile quando vi sono, ad esempio, condensatori di filtraggio, zoccoli delle valvole, telai di contenimento dei componenti, potenziometri, ovvero una serie di dispositivi che già di per sè hanno una propria struttura “meccanica” ed un loro sistema di fissaggio “nativo”. Ma nel caso di un crossover? O di una rete generica? Non possiamo mica incollare le bobine e i condensatori sul pannello e cablarli direttamente lì sopra, vi pare? Ecco che ci viene in aiuto la mitica basetta “mille fori”, compagna di mille e mille sperimentazioni, come queste:

eventualmente acquistabili anche presso il nostro negozio on-line di fiducia (Circuiti Stampati per Autocostruzioni). Potrete trovare anche, oltre alle versioni con piste già stampate e predisposte per la connessione dei componenti (per chi vuole la “pappa pronta” e non se la sente ancora di intraprendere la via del “simil-air-wiring”), anche le “universali”, come quelle dell’immagine precedente, in modo da poter scegliere di effettuare liberamente il cablaggio con i cavi della sezione, schermatura e qualità preferite. In questo caso, infatti, la basetta non presenta piste, ma solo gli appunto “mille fori” tutti isolati tra loro con, su uno dei due lati, le piazzole in rame per il collegamento. Avevamo accennato qualcosa a riguardo qui, dove vedevamo come eseguirvi una perfetta saldatura a stagno.

In questo modo il supporto servirà semplicemente come struttura del circuito, come sostegno dei componenti e come “base d’appoggio” per le connessioni elettriche.

SIMIL AIR WIRING
Per il nostro cablaggio in aria, come dicevamo, occorrono esclusivamente, nel caso di una rete elettrica passiva per sistemi di diffusione:

– i componenti con i quali volete costituire il circuito
– una basetta millefori di qualità e dimensione adeguate a quella dei componenti ed alla complessità del circuito stesso
– cavo audio di potenza di elevata qualità, magari “twistato” e magari in argento (non guardiamo troppo il portafogli, qui)

Preparato tutto il necessario saremo pronti per iniziare.

Primi passi
Dobbiamo avere le idee ben chiare prima di cominciare, o rischiamo di eseguire un lavoro inutile e di scarso risultato acustico.
Innanzitutto si comincia con il posizionare i componenti sulla basetta, controllando che tutto il materiale rientri nella superficie del supporto (non voglio vedere pezzi che ballonzolano fuori dallo stampato, appesi in qualche modo…).
Resistori e condensatori non necessitano di particolare precauzioni, il buon senso è più che sufficiente.
Ma per le induttanze, invece, devo spendere due parole a riguardo:
1. Non vanno installate troppo vicine, se le teniamo parallele, più lontane sono e meglio è.
2. Ricordiamoci di invertire sempre e comunque la direzione di ognuna ogni volta: due induttanze affiancate e con lo stesso “asse” provocano interferenze, mutua induzione ecc.ecc.. Una delle due dobbiamo ruotarla in modo che l’asse perpendicolare non sia parallelo ma ortogonale a quello dell’altra. Quindi ad esempio così:

ma mai così:

3. Se siete costretti ad installarle comunque vicine, ricordatevi anche di far incrociare detti assi esattamente a metà dell’avvolgimento di ognuna, cioè così:

e non così:

L’ancoraggio fisico dei componenti
Abbiamo detto che la basetta millefori, struttura del circuito, avrà una duplice funzione: analizziamone la prima, il sostegno dei componenti.
Nel caso di piccole reti o di reti con componenti di dimensioni e peso limitati, non ci sono grossi problemi. La sola saldatura dei connettori di condensatori, bobine e resistenze alla basetta risulterà sufficiente al corretto ancoraggio.
Ma se i condensatori sono grossi? Se le bobine “pesano”? C’è il rischio che una goccia di stagno sulla piazzola della mille fori non basti, che si fa? Abbiamo due soluzioni: o utilizziamo l’antiestetica colla a caldo che si farà notare certamente anche all’occhio mancante di qualche diottria, oppure potremo incidere leggermente il supporto da entrambe i lati del soggetto incriminato e passare attraverso una bella fascetta autobloccante… Molto meglio, direi…

Il collegamento elettrico
Una volta fissati condensatori, induttanze, resitori e morsetti di contatto nella corretta e definitiva posizione, possiamo passare al vero e proprio collegamento elettrico. In funzione della qualità dei componenti scelti potremo optare per connessioni “economiche” piuttosto che per quelle “Hi-End”: per un filtro veloce veloce di incrocio due vie, è facile che si riescano a collegare direttamente i piedini dei componenti tra loro, per assurdo, ma se dobbiamo sviluppare qualcosa di significativo è necessario spendere due parole anche per i cavi. Personalmente, delle infinite sezioni disponibili nella sezione Connessioni ed Accessori del nostro catalogo on-line, utilizzo unicamente queste:

Cavo di connessione 2 x 1 mmq
Quello economico, 1.10 €/m circa, per filtri veloci e installazioni di primo impianto.

Cavo di connessione 2 x 1.5 mmq
Di ottima qualità, twistato, intrecciato e in argento. Per reti complesse e di alta qualità. 7 €/m circa.

Cavo di connessione 2 x 4 mmq
Molto comodo per i filtri passivi su subwoofer, dove il passaggio di corrente è elevato. La sezione a profilo ultrapiatto consente collegamenti ordinati e poco ingombranti. 6.50 €/m circa.

Cavo di connessione 1 x 1.75 mmq
Filo Hi-End da 1.5 mm di diametro per una rete passiva allo stato dell’arte, in argento 99.99% e oro 99.99%. 57.65 €/m nudo e 63.76 €/m isolato.

Chissà cosa costa tutta quella bobina intera…

Una volta scelto il cavo appropriato si passa alle saldature. Come fare? il “pin” del componente è lì che ci guarda, spuntando dalla mille fori. Quanto tagliarne? Come tagliarlo? Personalmente mi muovo in questo modo: infilo il componente, piego il connettore contro la basetta e saldo in corrispondenza del foro di passaggio, a fissare fisicamente. Dopodichè taglio il pin lasciandone mezzo centimetro circa e vi vado a saldare il cavo a fianco. Mi raccomando non fate il contrario: fissando prima il componente e piegando poi, rischiate che si spezzi la saldatura appena fatta. Tagliare tutto il pin e connettersi alla piazzola non mi piace, lo stesso punto risulta essere sia un ancoraggio che un collegamento elettrico. Lasciare i pin lunghi e intrecciarvi intorno il cavo non è propriamente il massimo, ci ritroviamo il crossover del “fachiro” con tutte quelle punte che sporgono. E in più c’è il rischio che lo stagno non penetri bene in profondità fino ad arrivare al connettore del componente, lasciandoci di fatto con una bella saldatura fredda tutta attorno al solo cavo. Vi mostro qualche esempio semplificativo per farvi capire a grandi linee cosa intendo:

Io faccio così:

ma non così:

a meno che il componente non sia già bello fisso e che non debba andarvi a saldare il connettore di un altro componente, anzichè un cavo vero e proprio; e nemmeno così:

Effettuati tutti i collegamenti nel modo più ordinato possibile (utopia fatta e finita), senza troppi accavallamenti, intrecci, passaggi su e giù e via dicendo ecco come si dovrebbe presentare la nostra rete, terminata e pronta per essere collegata all’amplificazione:

In quest’ultima immagine notiamo tutti i particolari finora descritti: le bobine ruotate tra loro quando sono molto vicine, anche se in alcuni casi non è stato possibile far incrociare gli assi perpendicolari in corrispondenza del centro dell’avvolgimento (come nelle due bobine centrali del filtro di sinistra, a differenza delle due bobine in alto – ma non abbiamo poi verificato interferenze sensibili), il fissaggio dei componenti pesanti tramite fascette previa interposizione di nastro telato di protezione, collocamento ordinato dei componenti e morsetti di contatto tutti su un unico lato.

SVILUPPARE UN CROSSOVER

Ma vediamo nel dettaglio lo sviluppo passo passo di una piccola rete. Casualmente, in questi giorni, mi è stato richiesto da un utente del blog un circuito passivo di filtraggio e compensazione dedicato ad un diffusore domestico in fase di autocostruzione. Il progetto è il 21.50 della Coral, e come possiamo notare dal datasheet vi è implementato un passa-basso 18 dB/oct sul woofer, un 12dB/oct sul tweeter, una rete di Zobel ed un attenuatore. Per prima cosa prendiamo componenti di qualità, è di fondamentale importanza. Li possiamo trovare nella sezione Pure Passive dedicata del nostro catalogo on-line. Controlliamo sempre con un buon multimetro i valori reali. E’ difficile, ma può capitare una volta su un milione una bobina interrotta o un condensatore in corto circuito.

In questo caso specifico utilizzeremo condensatori Mundorf M-Cap, decisamente superiori agli elettrolitici bipolarizzati o agli MKT richiesti, ed induttanze dal generoso diametro di filo di rame (1 mm per le 0,27 mH e 1,40 mm per l’induttanza grossa da 1,80 mH). Come dicevamo, la parte più difficile sta nel riuscire a collocare tutti i componenti limitando le distanze per limitare la lunghezza dei cavi ma stando anche ben attenti a tutte le questioni relative alle interferenze di mutua-induzione che si potrebbero generare tra gli avvolgimenti delle induttanze. Dopo “ore e ore” a pensare e a provare, ecco il disegno di massima di ciò che otterremo sulla nostra millefori 10×16 cm:

Possiamo notare come gli assi perpendicolari a tali avvolgimenti risultino tutti ortogonali tra loro e che, come annunciato, si intersecano esattamente al centro.

Dopodichè si passa all’ancoraggio fisico dei componenti: in questo caso si è dovuto lavorare non poco la basetta, a farle accettare le sezioni dei connettori degli elementi reattivi “esageratamente” sovradimensionate. Qualche goccia di colla a caldo sotto la 1,80 mH stando logicamente attenti che non sbordi (ma non sopra che non è il massimo da vedere) ad essere sicuri che resti ben ferma (anche se da sola pesa quasi mezzo chilo); un paio di fascette a fissare le altre due ruotate e via con i collegamenti:

Terminati i quali potremo fare le opportune verifiche (qui è importante restare i più corti possibile, lasciamo perdere l’aspetto estetico):

Le Saldature
Innanzitutto è bene controllare che tutte le saldature siano state effettuate correttamente, per lo meno “a vista”. Stagno lucente, senza macchie o abrasioni. Non fatevi ingannare dalle ombre, puntate un buon faretto e girate e rigirate la basetta. Meglio perderci mezz’ora a controllare che ritrovarci una saldatura fredda o un corto circuito con un componente vicino. Dall’immagine precedente, anche se ad alta risoluzione, non si riesce a notare molto. Fidatevi…

Le connessioni elettriche
Fatto questo dobbiamo controllare visivamente, in relazione allo schema della rete, che tutti i nodi, uno dopo l’altro, presentino le corrette connessioni elettriche. Io divido il circuito in più parti, per non “perdermi per strada”. In questo caso possiamo separare la componente Passa-Basso del woofer, e la componente Passa-Alto e rete di Zobel del tweeter. Controllo sempre tantissime volte un circuito, anche seguendo logiche di analisi differenti. Inizialmente “tradurremo” il circuito appena completato, per poi rileggere il tutto con lo schema originale sotto gli occhi.

PASSA-BASSO
Parto dal positivo di ingresso proveniente dall’amplificatore (contatto all’estrema destra dei morsetti), mi sposto verso destra sul cablaggio arancio, arrivo alla bobina da 1,80 mH, entro, esco poco più a sinistra sul conduttore ramato e qui la strada si divide in due:
– il primo ramo attraversa la bobina da 0,27 mH e si connette al positivo del woofer (terzo contatto da destra) tramite il cablaggio arancio vicino alla fascetta di destra.
– il secondo ramo, tramite il connettore in alluminio del componente, attraversa il condensatore da 10 μF per poi finire sul negativo proveniente dall’amplificazione (comune sia a woofer che a tweeter, logicamente).

PASSA-ALTO, ATTENUAZIONE E COMPENSAZIONE
Ripartiamo dal positivo proveniente dal finale. Seguiamo il cablaggio arancio ma questa volta tiriamo in alto, verso la resistenza da 8,2 Ohm. In uscita abbiamo il condensatore da 4,7 μF e in uscita da questo la strada si divide nuovamente:
– il primo ramo è composto dalla resistenza da 10 Ohm (quella verde), all’uscita della quale troviamo il condensatore da 2,2 μF che termina poi sul negativo comune.
– il secondo ramo porta segnale tramite il lungo cablaggio arancio di sinistra sia all’ingresso della seconda bobina da 0,27 mH, che termina poi a negativo comune anche lei, sia al positivo del tweeter (cablaggio arancio in basso a sinistra e secondo contatto da sinistra).

Dopo aver “letto” la rete così come l’abbiamo sviluppata, andiamo a rileggere nuovamente il tutto con il circuito sotto gli occhi, questa volta, per un ultimo controllo.

Fatto. Tutto OK.

La continuità
Talvolta la saldatura apparentemente corretta potrebbe in realtà non esserlo. Pertanto, dopo una prima analisi generale, è consigliato armarsi di multimetro con funzione “cicalino di continuità”, fissare un puntale direttamente al morsetto dove collegheremo i cavi e passare punto per punto, nodo per nodo (logicamente i condensatori devono risultare circuiti aperti e “non suonare”…).

Cominciamo dalla faccia anteriore: i morsetti, partendo da sinistra, indicano ingresso rete (positivo e negativo), uscita woofer (positivo e negativo) ed uscita tweeter (positivo e negativo). Lo schema ci dice che il positivo in ingresso avrà continuità esclusivamente con il positivo del woofer (negli altri rami sono presenti i condensatori) e infatti:

Dopodichè verifichiamo tutti i negativi, deve esserci logicamente continuità (altrimenti che “comuni” sarebbero…). Lo schema ci dice anche che deve esserci continuità tra positivo e negativo del tweeter (vi è un ramo chiuso, quello con l’induttanza da 0,27 mH). Logicamente non leggeremo un corto circuito vero e proprio, in effetti una resistenza data dalla presenza della bobina (come nel caso precedente tra positivo di ingresso e positivo del woofer) vi sarà e la rileveremo certamente:

Vediamo infatti in quest’ultima immagine la verifica della continuità e la presenza di 0,2 Ohm di resistenza, come annunciato.

Per ultimo, giriamo la basetta ed andiamo a controllare comunque i punti più significativi (nodi con molte connessioni, saldature importanti, rami significativi, ecc.ecc.). Mi risparmio lo scatto delle immagini o con tutti questi “beep” finisco sordo.. Comunque sia, è bene sempre verificare tutto più e più volte. Non si sa mai.

Ed ecco il risultato finale:

La prova d’ascolto
Nel caso in cui abbiate il diffusore pronto potrete inserire la rete ed effettuare la prima prova d’ascolto. Ricordiamoci di cominciare con volumi moderati, tutti i componenti sono nuovi (sia quelli del filtro che gli altoparlanti stessi). Lasciamo passare qualche ora di ascolto prima di mettere mano ai livelli, mi raccomando.
Ma se il diffusore non l’avete di fronte, come nel mio caso, una reale misura acustica non può essere effettuata. Nemmeno una simulazione con Cross PC sarebbe utile, dato che non vogliamo mettere in discussione la qualità del progetto del crossover, bensì verificarne il funzionamento, anche solo a grandi linee, per essere sicuri che chi andrà poi ad installarlo nel suo sistema non si ritrovi un circuito mal suonante o non suonante. La soluzione? Tutt’altro che scientifica. Personalmente collego due trasduttori il più simile possibile a quelli “originali”, a scongiurare eventuali problemi di pilotaggio ed a verificare comunque il funzionamento “spannometrico” del filtro. Un generatore di frequenze, un oscilloscopio e resistenze corazzate ad alta dissipazione posso essere utili per un’analisi elettrica. Ma la componente induttiva non è di semplice simulazione pratica. Pertanto qualsasi altro approccio galileiano può intendersi soddisfacente solo nel caso in cui ricostruiamo completamente la situazione e riportiamo le esatte condizioni di ascolto finali. Cosa alquanto impossibile se pensate che da qui escono mediamente dieci reti differenti alla settimana…
E credete forse che le aziende che producono crossover passivi per i loro kit si possano permettere anche solo la metà di queste verifiche? Vi sbagliate di grosso, ve lo garantisco…

Buon lavoro!