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 IL REGIME STATICO, un sistema da 300 trasduttori 
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Messaggio IL REGIME STATICO, un sistema da 300 trasduttori
MarioBon ha scritto:
Immagine
le altre foto sono qui:
http://audioitalia.mondoforum.com/viewtopic.php?f=15&t=8&start=30
con regime statico l'autore intende che gli altoparlanti si muovono talmente poco da essere praticamente fermi (statici)


Non mi è mai piaciuto essere al centro dell'attenzione, tanto meno come lo “sborone” di turno.
Tuttavia Mario ha espresso il suo interesse nella cosa, chiedendomi di illustrare la genesi e le esperienze che mi hanno portato a tanto.
Farò del mio meglio.
Premetto che fino a oggi non ho mai posseduto strumenti di misura che avvalorino il tutto, e che ogni mia considerazione e consapevolezza è frutto di ragionamenti basati unicamente sull'analisi delle sedute d'ascolto.
Quanto segue è un'integrazione di quanto già in passato descritto su un altro forum italiano, e in parte anche pubblicato su un recente numero di una nota rivista del settore.


Il regime statico

Una volta lessi da qualche parte, forse sui manuali di autocostruzione Ciare, circa i benefici, in termini di pressione sonora, riguardo i collegamenti serie-parallelo degli altoparlanti.
Collegando due AP in parallelo tra loro leggevo, si ha un aumento di 3db grazie al raddoppio della superficie radiante, e un ulteriore aumento di altri 3db grazie al raddoppio del lavoro svolto dall'ampli, che si trova a operare su un carico dimezzato. Totale +6db.
Collegandoli invece in serie, si ha un aumento di 3db grazie al raddoppio della superficie radiante, e una diminuzione di 3db poiché il carico, rispetto all'AP singolo, è raddoppiato. Totale +0db.
Quindi, collegandone 4, quindi 2serie X 2parallelo, si ottiene un aumento di 6db mantenendo invariato il carico visto dall'ampli.
Riflettendoci, tutto ciò mi sembrò inizialmente poco credibile.
Così tentai allora una prova empirica nonostante fossi sprovvisto di strumenti di misura.

Presi due AP a cono da 8 Ohm, mi pare 13 o 16 cm, ascoltai un segnale musicale a larga banda e regolai il volume in maniera che la qualità del lavoro svolto dall'ampli potesse rimanere, al di sopra di ogni sospetto, come un parametro non alterante per la prova.
Feci anche molta attenzione alla fasatura tra i due AP.
Rispetto all'AP singolo, il collegamento in parallelo metteva effettivamente in evidenza un aumento sostanziale della pressione sonora, presumibilmente di 6db.
Il collegamento in serie invece, oltre a confermare la prova, mostrava un aspetto del tutto nuovo e soprattutto imprevisto.
A una prima “orecchiata” il dato di +0db sembrava essere confermato.
Ma poi, fu subito evidente che in realtà la pressione sonora era leggermente diminuita.
Perché?
Provai a perfezionare la fasatura, ma il risultato era ancora molto, troppo lontano per poter soddisfare la mia curiosità. Poi notai qualcos'altro.
La qualità del suono cambiava.
Migliorava.
Il miglioramento era abbastanza evidente in gamma media; l'alta probabilmente, non veniva neanche emessa da un cono di quelle dimensioni.
Feci subito 2+2, nel senso che il ragionamento appariva facile ed evidente.
Minor pressione sonora, maggior qualità... minor distorsione.
Introducendo collegamenti in serie, si riduce la distorsione...
ma perché?

Da allora ne è passata di acqua sotto i ponti e di ragionamenti ne ho fatti, e se ne potrebbero fare veramente tanti.
Ma alla fine il succo è più o meno uno solo.
Si riduce la distorsione perché il collegamento in serie ne fraziona il lavoro e riduce quindi l'ampiezza delle oscillazioni di ogni membrana.
Osservando l'AP alla luce della banale meccanica Newtoniana (banale oggi, non certo ai tempi di Isaac), tutto inizia pian pianino a diventare evidente.
Il corpo mobile di un magnetodinamico ha una massa, e pertanto, un'inerzia.
Questo rende impossibile al movimento della membrana copiare esattamente il segnale musicale.
C'è sempre una componente di non coerenza tra il segnale elettrico e il movimento della bobina mobile.
La coerenza assoluta in un magnetodinamico, la potrebbe avere solamente un AP con corpo mobile avente massa zero, fatto cioè di “fibra di fata”, e con sospensioni con forza elastica pari a zero, e anche qui la fata sembra essere essenziale.
Con un AP così il fattore di forza e molti altri parametri (se non tutti) che ne descrivono il comportamento perderebbero il loro significato.
Tutto il datasheet, compreso il grafico di “risposta in frequenza”, crollerebbe come un castello di carte da gioco.

Le fate purtroppo non esistono.
Esistono soluzioni di tipo elettrico, come ad esempio gli ampli da un quintale, che è come dire che per spostare bene un energumeno occorre utilizzare un altro energumeno.
Il che può anche essere vero, ma dipende dal tipo di risultato che cerchiamo.
Io, oggi più che ieri, sono convinto che un problema di natura meccanica richiede una soluzione squisitamente meccanica, non elettrica.
Quindi non resta che tornare sulle pagine della meccanica Newtoniana per capire cosa si può fare.

L'inerzia è la tendenza di un corpo di mantenere la propria quantità di moto.
La quantità di moto è massa e movimento.
Un corpo privo di massa o fermo ha una quantità di moto pari a zero.
L'inerzia tende a zero per velocità e quindi accelerazioni che tendono a zero.
L'altoparlante tende alla perfezione per segnali la cui ampiezza tende a zero (anche se in questo l'inerzia non è l'unico fattore), cioè nel silenzio.

Anzitutto ovviamente, è necessario scegliere i trasduttori con la massa mobile più bassa possibile, o più in generale trasduttori dal favorevole rapporto tra SD*BxL/MMS.
Poi cercheremo di ridurre il movimento delle membrane suddividendo in orizzontale e in verticale il segnale sonoro, ottenendo così una sorta di matrice in cui ogni settore, contiene segnale destinato ad un solo altoparlante.
La suddivisione orizzontale è ottenuta frazionando il segnale in vie: l'ampiezza di banda su ciascuna via si ridurrà all'aumentare del numero delle vie che compongono l'intera banda audio, riducendo la distorsione da intermodulazione, l'ampiezza dell'oscillazione, quindi l'inerzia e il feedback.
La suddivisione verticale invece, è ottenuta dividendo ogni via per un numero che, se vogliamo mantenere l'impedenza totale uguale a quella nominale degli altoparlanti, deve essere necessariamente il quadrato di un numero intero, ad es. 1, 4, 9, 16, 25, ecc., collegandoli poi in serie-parallelo rispettivamente con 1x1, 2x2, 3x3, 4x4, 5x5, ecc.
Facciamo un esempio con un midrange a cono da 4 pollici (55cm2 di superficie effettiva), con una sensibilità nominale di 90 db e una massa mobile di 3 grammi: se invece di uno ne utilizziamo 4 avremo su ogni midrange solo ¼ del segnale, riducendo notevolmente l'oscillazione delle membrane, quindi la forza d'inerzia e, ancora, il feedback.
Inoltre la matematica ci insegna che, in linea teorica, abbiamo ottenuto un aumento di sensibilità di ben 6db.
Nel caso ne utilizzassimo 16, l'aumento di sensibilità rispetto ad un singolo midrange sarebbe addirittura di 12db (con una direttività verticale maggiore).
Un altoparlante così concepito avrebbe una superficie equivalente a quella di un 15 pollici (55x16= 880cmq) che, invece di avere un comportamento condizionato da una tipica massa mobile intorno ai 100g, avrebbe la precisione e la coerenza di un altoparlante dalla massa mobile di soli 3 grammi.
Ed è proprio questo l'aspetto, che viene numericamente espresso dal valore teorico di sensibilità (da non confondere con l'efficienza), che in questo caso raggiungerebbe ben 102db.
Un altoparlante il cui grafico di risposta in frequenza perderebbe quasi la sua utilità, poiché tale curva ci apparirebbe maggiormente piatta ed estesa.
Un altoparlante con "la coperta molto lunga", capace di restituire grandi pressioni sonore con bassissimi livelli di distorsione, e capace di lavorare significativamente più in basso, anche di 1 o 2 ottave, aggirando di fatto quella legge che lega l'emissione delle basse frequenze al movimento di grandi masse.
Immaginiamo un bel gruppetto di 16 tweeter con la cupola da 25mm; quei tweeter che nei sistemi a tre vie vengono comunemente utilizzati dai 3000hz in su. Immaginiamo cosa possono fare se utilizzati in gamma media tra 500 e 1000hz, più o meno a cavallo o addirittura totalmente al di sotto della loro frequenza di risonanza, nella zona quindi dove la curva d'impedenza e la fase sono tutt'altro che lineari.
Immaginiamo quanto potrà essere riprodotta fedelmente la gamma media, la zona sacra dove nulla sfugge alle orecchie, se ora invece di un cono di diversi grammi possiamo utilizzare un altoparlante la cui massa mobile è inferiore di un ordine di grandezza.

Tale strategia progettuale mi ricorda quella pubblicità che invitando al gioco d'azzardo recitava “ti piace vincere facile?”, dove durante una partita di calcio una delle due squadre metteva in campo centinaia di giocatori.
Naturalmente l'impiego di un numero di risorse così improbabile ci faceva sorridere.
Chi invece ha avuto l'opportunità di ascoltare la musica uscire da un impianto concepito con tali criteri no, non sorrideva affatto.
Aveva anzi l'espressione di chi, sgranando un po' gli occhi, smette di respirare per non far rumore.



il mio impianto

Non mi sono svegliato una mattina con un'idea così complessa.
Se così fosse avrei probabilmente rinunciato di fronte all'impegno cui sarei andato incontro.
La scelta fu semplicemente quella di prendere una direzione precisa non sapendo esattamente dove sarei andato a finire.
Iniziai con il moltiplicare per quattro il numero di trasduttori del mio sistema a due vie, così mi ritrovai ad ascoltare 4 Wf e 4 Tw in multiamplificazione.
Molto interessante.
Poi passai subito ad array di 9 AP con tre vie, poi quattro vie, poi 16 AP per via...
Un'alternanza d'innumerevoli piccoli e grandi upgades seguiti da altrettanti lunghi periodi d'ascolto, quanto mai necessari a educare l'orecchio e allenare il cervello a recepire un messaggio musicale sempre più complesso.
Una progressione lunghissima e relativamente lenta, spesso condizionata dalla scarsità di risorse.
La passione di una vita.
Un impianto che nonostante la complessità e il grande risultato raggiunto, ha prestazioni che restano comunque il frutto di vari compromessi, primo dei quali la mancanza di spazio e di una sala d'ascolto propriamente detta.

Oggi ascolto 302 trasduttori suddivisi in 9 vie con altrettanti amplificatori, filtri digitali Butterworth 42db/oct e analogici attivi Butterworth 24db/oct, con frequenze d'incrocio a 40/80/250/750/1250/2500/4500/7000Hz.
Le prime due vie sono costituite da due grossi diffusori dislocati in posizioni molto congeniali all'ambiente casalingo e poco congeniali all'ascolto.
Le successive quattro, complessivamente da 80hz a 2500hz, sono in bella mostra disposte in array verticale nei cabinet rivestiti in alluminio.
Le ultime tre, per mancanza di spazio, sono state per il momento installate sulla parete di fondo, circa 120cm più indietro rispetto alle vie inferiori. La fase acustica è stata riallineata generando un ritardo temporale sulle altre vie utilizzando un'utile funzione del crossover digitale.
I cabinet ovviamente, hanno criteri costruttivi utili a ridurre le risonanze interne, smorzare le vibrazioni ecc.ecc. e il caricamento è sempre in cassa chiusa.
Lo sforzo progettuale vero e proprio, ha riguardato il concepimento di una struttura esteticamente accettabile, in grado di impilare così tanti altoparlanti nel minor spazio possibile.


L'ambiente d'ascolto

Non ha nessun tipo di fonoassorbente specifico, neanche un tappeto, ed è quotidianamente vissuto da tutti i componenti della famiglia, cosa che tutto sommato, non mi dispiace affatto, perché permette alla musica di essere sempre presente nella vita quotidiana.
La sala è rettangolare di 6,06 x 4,64 m, e l'impianto è a ridosso di una parete corta.
Quasi al centro della sala, proprio davanti al diffusore del canale destro e contro ogni buon senso, c'è un tavolo; un paio di divani sul fondo, e un grosso camino angolare dietro il diffusore del canale sinistro.
Avete letto bene... un camino dietro un diffusore, o forse sarebbe meglio dire un diffusore davanti a un camino.
Ehm... sì, il camino lo accendo ancora.
I diffusori hanno un cabinet rivestito in alluminio chiaro, e sono ragionevolmente capaci di riflettere il calore.
Poi, all'occorrenza, possono essere spostati. Le unità dei bassi (la terza via), possono “scivolare” fino a trovare una collocazione a ridosso della parete di fondo, proprio a fianco alle elettroniche. Quelle dei medi invece (quarta, quinta e sesta via), sono appese a una trave portante del soffitto, e possono essere spostate con un sistema di carrucole che ne demoltiplica il peso, altrimenti superiore agli 80kg, fino a fargli raggiungere le pareti laterali.
Un problema efficacemente risolto con l'ingegno ma, soprattutto, qualcuno l'avrà capito, con una moglie mooolto tollerante.


Le vie:

PRIMA (fino a 40Hz)
200 litri con 2 woofer da 30cm, monacor SPH-300ctc, doppia bobina (2x8 Ohm), membrana in fibra di carbonio da 100 grammi, cestello in pressofuso. Quattro bobine in totale collegate 2 serie x 2 parallelo per un'impedenza totale di 8 Ohm.
Amplificato dal primo canale di un modulo Powersoft litemod.
Il segnale è monofonico.

SECONDA (40-80Hz)
200 litri con 4 woofer da 30cm, monacor SPH-315, 8 Ohm, membrana in polipropilene da 55 grammi, cestello in lamiera. Collegamento 2 serie x 2 parallelo, per un'impedenza totale di 8 Ohm.
Amplificato dal secondo canale del modulo Powersoft litemod di cui sopra.
Il segnale è monofonico.

TERZA (80-250Hz)
Iniziano l'array verticale e la stereofonia. 80+80 litri con 16 mid-woofer per canale, 10cm, monacor SPM-116/8, 8 Ohm, membrana in carta da 3,8 grammi, cestello in lamiera. Collegamento 4 serie x 4 parallelo, per un'impedenza totale di 8 Ohm.
Certo, dovendone acquistare solo una coppia un cestello in pressofuso sarebbe stato preferibile, come pure una rigida membrana in alluminio. Ma con 32...
Un altoparlante molto, ma molto economico, ma con una grande virtù: scendere fino sotto i 100hz con appena 3,8 grammi.
Amplificatore Powersoft litemod

QUARTA (250-750Hz)
Inizia la zona dove l'orecchio non può essere ingannato. La zona sacra. 30+30 litri circa, molto fonoassorbente. Array verticale di 16 midrange per canale, 10cm, monacor SPH-102KEP, 8 Ohm, membrana in kevlar da 3 grammi, cestello in pressofuso, rifasatore ad ogiva, magnete doppio. Collegamento 4 serie x 4 parallelo, per un'impedenza totale di 8 Ohm.
Altoparlante di qualità, non economico. Il complesso magnetico risulta stranamente avere polarità inversa rispetto a tutti gli altri altoparlanti. La scelta di collocarlo nel mezzo di un pannello con tre array, produce quindi un generale rafforzamento delle linee di campo magnetico efficace su tutte e tre le vie.
Amplificatore Powersoft litemod

QUINTA (750-1250Hz)
Iniziano le cupole. Array verticale di 16 altoparlanti per canale, 28mm, ciare HT263, 8 Ohm, membrana in seta spessa.
Collegamento 4 serie x 4 parallelo, per un'impedenza totale di 8 Ohm.
Un altoparlante relativamente economico, pesante, un tweeter mediocre. Utilizzandone 16 però, diventa un eccellente midrange. Alle frequenze cui è stato destinato infatti sono normalmente utilizzati trasduttori dalla massa mobile ben più alta.
Amplificatore marantz PM4001.

SESTA (1250-2500Hz)
Array verticale di 16 cupole per canale, 25mm, monacor DT-254, 8 Ohm, membrana in tessuto leggerissimo. Privo di ferro fluido.
Collegamento 4 serie x 4 parallelo, per un'impedenza totale di 8 Ohm.
Un altoparlante di pregio. Eccellente. Ulteriormente migliorato dall'aggiunta di un secondo magnete, e dalla rimozione della griglia frontale in metallo.
Amplificatore marantz PM4001.

SETTIMA (2500-4500Hz)
Array verticale di 12 cupole per canale (è in corso l'upgrade a 16/ch), 19mm, monacor DT-19SU, 8 Ohm, membrana in materiale sintetico, magnete doppio.
Collegamento 4 serie x 3 parallelo, per un'impedenza totale di 10,6 Ohm.
Per la mancanza di spazio nell'ambiente d'ascolto, questa, l'ottava e la nona via, sono state installate sulla parete di fondo, circa 120cm più indietro rispetto alle vie inferiori. La fase acustica è stata riallineata, generando un ritardo temporale sulle altre vie, utilizzando un'utile funzione del crossover digitale.
Amplificatore marantz PM4001.

OTTAVA (4500-7000Hz)
Array verticale di 16 tweeter per canale (è in corso l'upgrade a 20/ch), bobina mobile da 14mm, visaton DTW72, 8 Ohm, membrana leggerissima in policarbonato. Ferro fluido. Dichiarano una massa mobile di appena 0,1g ma immagino che qualche decimale è stato volutamente omesso. Leggero caricamento a tromba, probabilmente necessario a proteggere la delicatissima membrana da urti accidentali. Un altoparlante molto economico ma ben realizzato e perfettamente congeniale alle necessità del progetto.
Collegamento 4 serie x 4 parallelo, per un'impedenza totale di 8 Ohm.
Amplificatore marantz PM4001.

NONA (da 7000Hz in poi)
E' cronologicamente l'ultima arrivata. Mi ha permesso di restringere l'emissione di tutte le altre vie e di spostarle tutte verso il basso, con un guadagno di stabilità e leggerezza nella gamma medio-alta e alta.
Ho scelto per ora di non rilasciare particolari informazioni sulla tipologia di trasduttori utilizzati.
Dirò solamente che sono molto piccoli, sono in numero di 48/ch, e che riescono perfettamente ad emulare la sorgente lineare.


Il filtraggio:
Ricordo un periodo nel quale non sapevo più dove nascondere i miei numerosi filtri passivi.
Avevo già raggiunto le sette-otto vie con altrettanti amplificatori, e ogni via era filtrata da un particolare passabanda a 12db/oct, che avevo battezzato con l'appellativo di “cuspide”, ossia un filtraggio in cui il passa-alto coincide con il passa-basso, ottenuto utilizzando l'inversione serie-parallelo della stessa identica coppia di valori di capacità e induttanza. Un sistema in grado di fornire una funzione di filtraggio eccellente in termini di controllo delle rotazioni di fase, ma con una linearità nella risposta quantomai condizionata dal numero delle vie.
Un sistema interessante.
Una follia, pensai col senno di poi, dopo aver fatto piazza pulita sostituendo il tutto con i filtri attivi.
Ricominciai immediatamente a complicarmi l'esistenza, pensando alla soluzione del filtro digitale, per il quale però, avrei dovuto pazientemente attendere, fino a che il mercato, ancora troppo immaturo, fosse in grado di proporre qualcosa d'interessante, a un prezzo ben lontano da quello di un appartamento in centro. Aspettai.

Un giorno ero seduto a un bar, ascoltando il forte vociame provenire da un tavolo vicino. C'era un tizio che parlava d'alta fedeltà nel mondo del car-audio. Ora che ci penso bene non parlava, urlava.
Aveva evidentemente compromesso il proprio udito a causa della sua “malsana” passione.
Di fronte alle sue eresie non riuscii proprio a farmi i fatti miei. Mi intromisi, e cominciammo a confrontarci.
Naturalmente la conversazione non fu piacevole, non da parte mia almeno, ma diventò improvvisamente interessante nell'istante in cui quell'individuo, proveniente da una realtà audiofila così distante dalla mia, tirò fuori dal suo cilindro la soluzione su misura per me.
L'alba del giorno dopo ovviamente, sapevo già tutto sui filtri digitali proposti dai marchi del settore car-audio.

Ora, avrei potuto dirvi subito che il filtro digitale che sto felicemente utilizzando, proviene proprio da lì.
Ma ho preferito raccontarvi la storiella di quel tizio così improbabile, che quel giorno, mi fece inconsapevolmente un grande dono.
M'insegnò che mai nulla deve essere dato per scontato, soprattutto in alta fedeltà, dove l'assidua ricerca di certezze, tende troppo spesso a farci erigere altarini che, con il tempo, diventano poi difficili da demolire.

Aspettai ancora un paio d'anni prima di individuare il prodotto giusto, l'ultimo nato della tedesca HELIX, il DSP PRO, dove DSP, è l'acronimo di digital sound processor.
La “scatola magica” lo chiamo, perché fa tutto quello che mi occorre e molto di più.
L'unica insufficienza riguarda il numero dei canali in uscita: “solamente” dieci.
Per un impianto a otto vie infatti (all'epoca ne avevo otto), ne servirebbero in teoria sedici. In pratica andrebbero bene anche quattordici, perché configurando il segnale in mono nelle prime due vie se ne possono risparmiare due.
Così, prima del grande passo, ho scaricato il software gratuito, l'ho studiato e ho poi contattato i tecnici della Helix, ai quali ho domandato se secondo loro sarebbe stato possibile utilizzarne due in orizzontale, uno per il canale destro, l'altro per il sinistro.
Mi hanno confessato di non essersi mai spinti così lontano, e a loro avviso, tale soluzione avrebbe probabilmente introdotto uno sbilanciamento dei canali, dovuto alla non-linearità del potenziometro stereo utilizzato per il controllo digitale del volume. In alternativa avrei potuto accoppiare i due DSP in verticale, utilizzando un'apposita scheda d'uscita digitale nel primo DSP, per replicare il segnale (volume controlled) da inviare al secondo DSP. In tal modo però, si sarebbe generato un ritardo temporale tra i due DSP, di almeno 7 samples, corrispondenti a 72,9 µsec o 24.8mm, ma, immagino io, di entità effettivamente ignota, e quindi difficilmente recuperabile a priori utilizzando l'apposita funzione contenuta nel software di gestione.
Per il momento rimango felicemente con la soluzione parziale di un solo DSP, lasciando i vecchi filtri analogici attivi su alcuni incroci alle alte frequenze, dove cioè l'assenza di muri digitali (ai fini della gestione del feedback), può essere tranquillamente considerata trascurabile.
Il prossimo passo probabilmente, mi porterà dritto dritto ai filtri FIR, sono ancora abbastanza giovane e sento ancora di poter imparare.
Il software di gestione Helix opera in ambiente windows, è assolutamente completo e ben fatto, ma a un primo approccio, non si sa veramente da dove cominciare. Nonostante fossi stato previdente nel prepararmi un paio di files con il filtraggio desiderato, mi ci sono volute diverse ore di tentativi, prima di riuscire ad azzeccare la giusta combinazione di impostazioni, utile a farmi udire il primo, primordiale, segnale sonoro, e ad abbandonarmi quindi al grido di EUREKA!
Superato lo scoglio, si entra nel nuovo mondo.
Si può voracemente sperimentare, giocando con tutti i possibili modelli di filtraggio e implementando tale funzione con quella dell'equalizzatore. Il tutto, ovviamente, in modo istantaneo, divertente, e senza alcuna perdita energetica sul segnale.

_________________
Il compito non è tanto di vedere ciò che nessun altro ha ancora visto; ma pensare ciò che nessun altro ha ancora pensato riguardo a quello che chiunque vede. (E. Schrodinger)


Ultima modifica di Alessandro Cioni il 02/02/2017, 11:09, modificato 2 volte in totale.



02/02/2017, 10:09
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Messaggio Re: IL REGIME STATICO, un sistema da 300 trasduttori
Il post di Alessandro è molto lungo quindi anche le mie osservazioni prenderanno dello spazio. Per prima cosa ci tengo a sottolineare che, per me, questo sistema non è così "fuori di testa" come potrebbe apparire.
L'unica cosa che, a mio parere si poteva "risparmiare" è il numero di vie. Ma affronterò questo tema per ultimo.

Alessandro Cioni ha scritto:
C'è sempre una componente di non coerenza tra il segnale elettrico e il movimento della bobina mobile.

Questo è vero per i dispositivi fisici reali che, bene o male, soffrono di non linearità.
In generale la non linearità si manifesta quando la risposta dipende dall'ampiezza dello stimolo.
La Teoria dei Sistemi, invece, si basa proprio sull'osservazione che esiste almeno un segnale che è invariante in forma rispetto a trasformazioni lineari. Tale segnale è la sinusoide.
La caratteristica fondamentale dei sistemi lineari è, appunto, quella di essere lineare ovvero di non produrre distorsione.
Ora la distorsione interessa se è udibile: se non è udibile è come se non ci fosse.
La distorsione in un altoparlante ha diversi effetti:
- distorsione armonica
- distorsione di intermodulazione
- compressione meccanica
- compressione termica
- distorsione Doppler

Prendiamo ora un altoparlante reale (quindi imperfetto, non lineare) e domandiamoci:
che relazione c'è tra l'ampiezza dello stimolo e la distorsione?
Si potrebbe rispondere matematicamente e calcolare tale relazione. Fortunatamente uno dei primi lavori di Hewlet (quello della Hewelet&Pakard) dimostra che, quando la distorsione armonica è limitata al secondo e terzo ordine, il tasso di distorsione è proporzionale all'ampiezza dello stimolo.
Questo ci consente di dire che se un altoparlante che si sposta di 2 millimetri presenta un tasso di distorsione dell'1%, quando si sposta di 1 millimetro presenterà una distorsione pari alla metà.
A parità di SPL, più si aumenta il numero di altoparlanti e più diminuisce la distorsione.
Questo avviene sia che si colleghino gli altoparlanti in serie che in parallelo. Quello che cambia, nei due casi è l'impedenza.
Collegando gli altoparlanti in parallelo l'impedenza scende, la distorsione prodotta dagli altoparlanti scende ma aumenta la corrente richiesta dall'amplificatore (che distorce di più)
Collegando gli altoparlanti in serie l'impedenza sale, la distorsione prodotta dagli altoparlanti scende e diminuisce anche la corrente richiesta dall'amplificatore (che distorce di meno).
Ne segue che, in pratica, a parità di SPL prodotto, è preferibile collegare due altoparlanti in serie
perché l'amplificatore (qualunque esso sia) funzionerà meglio.

Alessandro Cioni ha scritto:
Io, oggi più che ieri, sono convinto che un problema di natura meccanica, richiede una soluzione squisitamente meccanica, non elettrica.


Ci sono almeno tre modi per migliorare le prestazioni di un dispositivo:
- migliorare la sua linearità intrinseca (la soluzione preferita da Alessandro)
- la compensazione (per esempio il push-pull)
- la controreazione.
Per quanto riguarda gli altoparlanti sono stati realizzati sistemi di controreazione che agiscono:
- sulla accelerazione (Motional Feedback della Philips)
- sulla velocità (Ponte a velocità della Andante 3A)
- sullo spostamento (altoparlanti sensori di spostamento capacitivi)
- sulla corrente (per esempio il sistema ACE-Bass di Audio Pro)
Va detto che tutti questi metodi sono efficaci. Ci sono sistemi che le utilizzano tutte contemporaneamente (il sub woofer Audio Pro B4-200). E' del tutto legittimo preferire una soluzione ad un'altra.

Alessandro Cioni ha scritto:
se vogliamo mantenere l'impedenza totale uguale a quella nominale degli altoparlanti, deve essere necessariamente il quadrato di un numero intero, ad es. 1, 4, 9, 16, 25, ecc., collegandoli poi in serie x parallelo rispettivamente con 1x1, 2x2, 3x3, 4x4, 5x5, ecc.


Solo una osservazione: supponiamo che il carico migliore per l'amplificatore sia 8 ohm.
questi 8 ohm li possiamo ottenere con un array regolare (2x2, 3x3, 4x4, ecc.) di altoparlanti da 8 ohm ma anche con array "diversi" per esempio collegando in parallelo due rami composti ciascuno da 4 altoparlanti da 4 ohm in serie (4x4=16 16/2=8). L'SPL aumenta comunque di 6 dB rispetto al singolo altoparlante. Diciamo che l'arrary regolare non è l'unico modo per ottenere un certo risultato. Comunque l'uso di array regolari è una scelta giustificata e giustificabile.

Alessandro Cioni ha scritto:
Un altoparlante con "la coperta molto, ma molto più lunga"; capace di restituire grandi pressioni sonore con bassissimi livelli di distorsione, e capace di lavorare significativamente più in basso, anche di 1 o 2 ottave, aggirando di fatto quella legge, che lega l'emissione delle basse frequenze al movimento di grandi masse.


Qui possiamo essere più precisi. Per mantenere lo stesso SPL lo spostamento volumetrico (il prodotto della superficie di radiazione per lo spostamento ammesso) deve quadruplicare per ogni dimezzamento della frequenza quindi:
- 1 altoparlante produce X dB SPl a frequenza f
- 4 altoparlanti producono X dB SPl a frequenza f/2
- 16 altoparlanti producono X dB SPl a frequenza f/4
- oltre 16 altoparlanti la cosa diventa poco pratica.

con 4 altoparlanti la risposta si estende verso il basso di una ottava, con 16 altoparlanti la risposta verso il basso si estende di 2 ottave. Tutto ciò a parità di SPL. Questo vale per Woofer, medi e teweeter.
In realtà la massa mobile è moltiplicata per 16 ma, ed è questo che fa la differenza, la forza è distribuita su una superficie 16 volte più grande.
Uno dei motivi per cui migliorano le prestazioni globali è l'aumento della superficie su cui è distribuita la forza (vedi pannelli elettrostatici e isodinamici).
Il prezzo da pagare è l'aumento della direttività alle alte frequenze (riduzione della estensione verso le frequenze alte).

Cita:
Immaginiamo un bel gruppetto di 16 tweeter con la cupola da 25mm; quei tweeter che nei sistemi a tre vie vengono comunemente utilizzati dai 3000hz in su. Immaginiamo cosa possono fare se utilizzati in gamma media tra 500 e 1000hz, più o meno a cavallo o addirittura totalmente al di sotto della loro frequenza di risonanza, nella zona quindi dove la curva d'impedenza e la fase sono tutt'altro che lineari.

A tal proposito ricordo che Bose, per la serie 901 ha scelto 9 altoparlanti di piccolo diametro e bassa impedenza, tutti collegati in serie, con frequenza di risonanza piuttosto alta ed equalizzati proprio sotto alla frequenza di risonanza dove il contributo della variazione di Le e dl flusso di Le (che sono tra i responsabili della distorsione) sono trascurabili.
Per quanto riguarda i tweeter nella Opera Callas "vecchia" (quella con 5 tweeter) l'utilizzo di due tweeter frontali aveva lo scopo di estendere la risposta dei tweeter verso il basso da 2000 a 1400 Hz (1400=2000 * 0.7).

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02/02/2017, 10:37
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Messaggio Re: IL REGIME STATICO, un sistema da 300 trasduttori
veniamo alle frequenze di taglio: 40/80/250/750/1250/2500/4500/7000Hz

Come tutti sapranno prediligo i sistemi a tre vie con tagli attorno a 200 e 2000 Hz. Questo è il minimo numero di vie e la massima banda passante (una decade) per non incorrere nella distorsione Doppler. Nel tuo caso non vale nemmeno la pena parlarne.
Comunque si può suddividere la banda audio in molti modi seguendo diversi criteri.

Sulla base del criterio di massima coerenza della banda vocale:

- bassi: da 0 a 80 Hz
- medi: da 80 a 2000/3000 Hz
- alti: da 2000/3000 in su anche divisi in più bande

Sulla base di un criterio psicoacustico:
un primo riferimento sta a tra 300 e 500 Hz, un secondo riferimento sta a 3000 e 5000 Hz.
Molti sistemi, oggi come in passato, fissano una frequenza di taglio a 500 Hz. Molti sistemi a tromba a 2 o 3 vie hanno il primo taglio tra 500 e 800 Hz. L'opportunità di fissare il primo taglio a questa frequenza è consigliata anche dal Beranek (1954) su "base psicoacustica".
Il secondo riferimento a 3000-5000 Hz servirebbe per mantenere la coerenza nella banda vocale.
La banda vocale si estenda a partire da 80 Hz, la banda telefonica parte da 350 Hz. Un po' tutti concordano che la riproduzione della voce richieda coerenza da 300-500 a 3000-5000 Hz. Quindi sarebbe meglio non frammentare troppo queste banda di frequenza.
Quindi il mio appunto riguarda sostanzialmente il numero di vie.
Va anche detto, però, che queste 9 vie (con tagli molto pendenti) consentono di mettere più agevolmente a punto il sistema "ad orecchio" regolando i livelli come se si disponesse di un equalizzatore parametrico. Quindi se la scelta delle 9 vie può essere criticata "in generale" appare invece giustificata in questo particolare progetto.

Vedrei bene delle misure per ottimizzare le regioni di incrocio.

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02/02/2017, 11:30
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Messaggio Re: IL REGIME STATICO, un sistema da 300 trasduttori
La distorsione.

Tutto lascia intendere che la distorsione del sistema di Alessandro sia praticamente quella degli amplificatori quindi bassissima e mi stupirei se fosse anche lontanamente udibile.

La bassa distorsione è talmente importante per la qualità sonora da far passare in secondo piano altri difetti. Nel tuo caso i "difetti" possono derivare dalla direttività sul piano verticale che però è gestibile ed eventualmente dal disallineamenti temporali nelle regioni di incrocio.
Tutte cose gestibili orientando opportunamente i pannelli e regolando i ritardi con i cross elettronici.

Quindi compimenti per il coraggio, per il progetto e per la realizzazione. I criteri utilizzati, magari non impeccabili tecnicamente, sono sicuramente validi nella pratica applicazione.

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02/02/2017, 11:35
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Messaggio Re: IL REGIME STATICO, un sistema da 300 trasduttori
veniamo alla via bassa:

PRIMA (fino a 40Hz)
200 litri con 2 woofer da 30cm, monacor SPH-300ctc,

SECONDA (40-80Hz)
200 litri con 4 woofer da 30cm, monacor SPH-315,

SPH300ctc superficie di radiazione SD = 495, Xmax = 5.4
Spostamento volumetrico 2 x 495 x 5.4 = 5346

SPH-315 superficie di radiazione SD = 510, Xmax = 4.5
Spostamento volumetrico 4 x 510 x 4.5 = 9180

Qui c'è un problema: lo spostamento della seconda via è maggiore dello spostamento volumetrico della prima. In teoria, se la seconda via presenta spostamento volumetrico x la prima via dovrebbe avere spostamento volumetrico quattro volte maggiore. Questa scelta si giustifica solo se si considera il contenuto energetico della prima ottava. Tecnicamente sarebbe più corretto invertire la prima e la seconda via.
Non per fare lo "sborone" ma lo spostamento volumetrico di una Malibran con 3 woofer da 10" a lunga escursione vale 15246 (oltre 3 litri d'aria per una coppia di malibran) e (per scendere sotto i 30 Hz) bastano 120 litri. La banda passante utile si estende a 500Hz quindi con 6 woofer in tutto in 240 litri complessivi potresti coprire la prima e la seconda via aumentando la dinamica di 9 dB.
Ecco, in effetti, sulle vie basse si potrebbe ottenere di più con un po' di litri in meno.

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02/02/2017, 13:29
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Messaggio Re: IL REGIME STATICO, un sistema da 300 trasduttori
Alessandro Cioni ha scritto:
Dirò solamente che sono molto piccoli, sono in numero di 48/ch, e che riescono perfettamente ad emulare la sorgente lineare.


Qui devo darti una delusione: quella che segue segue è la simulazione della risposta in asse e su vari angoli di un array verticale composto da 48 sorgenti di ingombro pari a 2 pollici (microfono in asse a 10 metri). Come vedi il diagramma polare a 9290 Hz non è quello di una sorgente lineare (cilindrica).
Immagine
se vuoi ti posso fare le simulazioni per situazioni diverse ma, con sorgenti discrete, per quanto piccole e per quanto numerose, non è possibile nemmeno approssimare una sorgente cilindrica.
Quella che segue è come la precedente ma con microfono in asse a 2 metri (nota che a 2 metri la radiazione a 30° (verso l'alto ed il basso) è maggiore che in asse
Immagine

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Messaggio Re: IL REGIME STATICO, un sistema da 300 trasduttori
Non sono 48 sorgenti puntiformi, ma planari.

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Messaggio Re: IL REGIME STATICO, un sistema da 300 trasduttori
Alessandro Cioni ha scritto:
Non sono 48 sorgenti puntiformi, ma planari.

Purtroppo cambia poco perché, anche se fosse un nastro continuo, sarebbe comunque limitato in altezza.
L'unico modo per realizzare una sorgente cilindrica è il "tubo pulsante" infinito. Anche se si potesse fare non sarebbe adatto per riprodurre musica perché lascia una "coda" dietro al transitorio che non si spegne mai (in pratica la pressione, dopo un transitorio, non torna a zero). Per di più un'onda cilindrica si attenua di 3 dB per ogni raddoppio della distanza (non 6 come le onde sferiche) e quindi la risposta in frequenza del sistema dipenderebbe dalla distanza (cosa non buona) guadagnando 3dB all'estremo alto per ogni raddoppio della distanza.

Questa che segue è l'espressione per calcolare la dispersione di una sorgente di forma rettangolare (di qualsiasi dimensione d1 x d2)
Nel tuo caso d1>>d2

Immagine

Nel tuo caso d1>>d2 e si puo accettare una bella semplificazione

Immagine

come vedi non si tratta di una sorgente cilindrica perchè la dispersione segue sempre una funzione del tipo sen(x)/x .
Quando il prodotto di p-greca per la distanza tra le sorgenti è un multiplo intero della lunghezza d'onda, appaiono inesorabilmente i lobi di interferenza.

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Messaggio Re: IL REGIME STATICO, un sistema da 300 trasduttori
Trovo molto interessante l'impianto di Alessandro Cioni ed ammiro il coraggio per realizzare una cosa del genere...ma una foto non si potrebbe vedere...?

MarioBon ha scritto:
le foto sono nella sezioni "annunci e varie" nel 3D "i nostri impianti"

http://audioitalia.mondoforum.com/viewtopic.php?f=15&t=8&start=30

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02/02/2017, 14:49
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Messaggio Re: IL REGIME STATICO, un sistema da 300 trasduttori
segnalo questo articolo:
http://www.cieri.net/Documenti/JBL/Documenti%20tecnici/JBL%20-%20Analysis%20of%20Loudspeaker%20Line%20Arrays%20(Ureda).pdf

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