Driver a compressione e sistemi reflex (*)

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Driver a compressione e sistemi reflex (*)

#1 Messaggio da MarioBon »

Il circuito equivalente di un driver a compressione è molto simile (per non dire ugluale) al circuito equivalente di un sistema reflex con attivo soppresso. Questo ci dà la possibilitità di prendere più piccioni con una fava.
Saranno affrontati tre argomenti: il reflex con attivo soppresso, il raccordo e il driver a compressione.
Alla fine si dimostra che le considerazioni che valgono per il sistema reflex con attivo soppresso si applicano pari pari ai driver a compressione beninteso nei limiti di validità delle analogie elettroacustiche.
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Re: Driver a compressione e sistemi reflex

#2 Messaggio da MarioBon »

Il reflex è un sistema che sfrutta la radiazione posteriore che nella cassa chiusa viene soppressa. Per queto motivo presenta un rendimento maggiore della cassa chiusa anche se solo in un limitato intervallo di frequenze.
La radiazione posteriore viene "rimessa in fase" con quella anteriore per risonanza. La risonanza si genera grazie al volume (che si comporta come una molla) e all'aria nel condotto (che si comporta come una massa). Se l'aria nel condotto non si comporta come una massa (ma il condotto è abbastanza lungo da apparire una linea di trasmissione) il sistema non si può classificare come reflex. La figura che segue mostra lo schema del diffusore, il circuito elettrico semplificato (privo del pilotaggio) e lo schema meccanico. La cassa chiusa è un oscillatore semplice, il reflex è un oscillatore accoppiato. Più avanti aggiungeremo al circuito equivalente il "motore" dell'altoparlante e le impedenza di carico (tra cui l'impedenza di radiazione).
Immagine
Ora ridisegnamo il sistema:
(1) reflex
(2) con il tubo posteriore
(3) con l'altoparlante chiuso in una cassa chiusa
(4) ridisegnato: reflex con attivo soppresso
Immagine
Il nome "reflex con attivo soppresso" deriva dal fatto che si sfrutta solo la radiazione del portello (l'altra faccia del woofer viene chiusa in una camera).
Come è noto questo sistema presenta una risposta di tipo "passa banda" ovvero limitata sia verso il basso che verso l'alto. A causa di ciò il suo rendimento non può essere superiore a quello di un reflex "normale" (per via della banda passante molto più limitata).
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Re: Driver a compressione e sistemi reflex

#3 Messaggio da MarioBon »

riprendiamo la figura 4 del post precedente:
Immagine
Il circuito equivalente del reflex "normale" e del reflex con attivo soppresso sono molto simili e differiscono per due particolari:
- la potenza a custica emessa dipende solo dalla velocità dell'aria nel condotto
- l'altoparlante appare caricato da volume anteriore (Vol2) e dal volume posteriore (Vol1)
Il volume posteriore (Vol1) si compone con Cms e diventa una unica cedevolezza. Quindi il reflex con attivo soppresso è equivalente ad un sistema reflex dove l'altoparlante "vede" due molle (Cms e Vol1) e la potenza acustica è emessa solo dal condotto.
La risposta in frequenza (misurata a un metro dalla bocca del condotto) ha un andamento di tipo passabada. Nella figura che segue si vede la risposta del condotto, del woofer e l'impedenza elettrica del sistema.
Immagine
L'altoparlante usato non ha alcuna importanza: è solo un esempio.
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Re: Driver a compressione e sistemi reflex

#4 Messaggio da MarioBon »

Facciamo un altro passo:
ImmagineNella figura qui sopra al numero 1 ritroviano il circuito equivalente già visto. Al numero due è stato aggiunto il carico dell'aria sulla bocca del contotto che guarda all'interno del volume (Zami) e il carico dell'aria che guarda verso l'esterno del contotto (Zam). Il 3 è l'equivelente elettrico del 2 quindi tutte le mpedenze che erano in serie appaiono in parallelo, i condensatori sono diventati induttanze (le induttanze -> condensatori, ecc.) ed è stata aggiunta la bobina mobile dell'altoparlante con impedenza Ze.
La velocità dell'aria all'uscita del tubo è ora proporzionale alla tensione ai capi di Zma.
Si noti che, per non introdurre una quantità di simboli, gli elementi elettrici sono indicati con i nomi dei loro corrispondeti meccanici.
Immagine
La figura qui sopra riprende il circuito elettrico 3, aggiunge il generatore di tensone con resistenza interna Rg e tutte le impedenze sono raggruppate per favorire il calcolo simbolico. Il 5 rappresenta l'impedenza elettrica misurata ai morsetti dell'altoparlante come somma della impedenza della bobina mobile e di Zes che è l'equivalente elettrico dell'impedenza "mozionale" (dovuta al movumento). Si noti che il circuito 4 è assolutamente generale nel senso che vi si possono inserire le impedenze con qualsiasi grado di approssimazione e di accuratezza.
Il 5 consente di esprimere con semplicità la potenza elettrica assorbita.
La potenza acustica si ottiene calcolando il modulo della la velocità al quadrato moltiplicata per l'impedenza di radiazione.
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Re: Driver a compressione e sistemi reflex

#5 Messaggio da MarioBon »

Come è noto, nei sistemi reflex, la sezione del condotto è molto importante perchè, se è troppo piccola, il moto dell'aria diventa turbolento e genera rumore e distorsione. In effetti per allineare il reflex non è necessario dimensionare da subito il condotto ma basta stabilire la frequenza di accordo Fb.
Immagine
Quindi possiamo anche supporre che la suprficie del portello (Sp) sia uguale alla superficie del woofer (SD).
Il raccordo
Un raccordo è questa roba qua:
Immagine
C'è un tubo (di sezione circolare per comodità) che deve confluire in un tubo di sezione inferiore. In questo caso è stata disegnata una transizione "violenta" ma possiamo anche immaginare una transizione più "dolce".
Supponendo che, per qualche motivo fortunato, tutta la potenza acustica si trasferisca dalla sinistra alla destra (in assenza di riflessioni) dato che Za2 è minore di Za1, la velocità dell'aria deve aumentare in modo inversamente proporzionale alla superficie. Se invece di un raccordo ne mettiamo due riotteniamo (sempre nel caso ideale) la stessa potenza acustica sulla stessa impedenza:
Immagine
Potrà succedere qualsiasi cosa ma non di trovare, a destra del raccordo, più potenza acustica di quanto non ce ne fosse a sinistra (se ci sono riflessioni se ne troverà di meno).
Se così non fosse basterebbe ridurre la sezione dei tubi reflex per aumentare l'efficienza dei diffusori (creando energia dal nulla). Purtroppo il Secondo Principio della Termodinamica ce lo impedisce e lo impedisce anche a chi costruisce driver a compressione. Quello che si può dire è che, passando da una sezione "grande" ad una sezione "piccola" si ottiene un "guadagno di velocità" (e una perdita di pressione) non certo un aumento dell'efficienza (anche se questo "guadagno" viene chiamato molto impropriamente "efficienza di radiazione").

Il modo più semplice di rappresentare un raccordo (per frequenze sufficientemente basse) è con un trasformatore. Olson ha tracciato l'analogo di un raccordo con un trasformatore in modo consistente (Beranek un po' meno...).

Nel caso del reflex con attivo soppresso il volume e la massa d'aria nel condotto formano un filtro passa basso quindi la potenza acustica che esce dal condotto sarà inferiore a quella prodotta dal woofer (senza camera anteriore).
Immagine
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Re: Driver a compressione e sistemi reflex

#6 Messaggio da MarioBon »

Prima di passare alle conclusioni vediamo ancora tre casi:
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In A un altoparlante è caricato da un tubo infinito mentre l'altra faccia è esposta allo spazio libero. Preoccupiamoci della potenza acustica erogata all'interno del tubo. Trattandosi di un tubo infinito la cui sezione è SD (uguale alla superficie dell'altoparlante) l'impedenza di radiazione vale Za=rocSD.
Se il tubo è finito l'impedenza di radiazione della faccia che guarda all'interno del tubo è quella di un tubo aperto. Alla bocca del tubo l'impedenza cambia e questa variazione provoca la riflessione di una parte della potenza acustica che resta intrappolata nel tubo. L'onda di pressone che supera la bocca del tubo, si espande nello spazio e si attenua.
Il terzo caso è analogo al secondo ma questa volta la elasticità dell'altoparlante risente del volume che ne chiude una faccia e provoca l'incremento della frequenza di risonanza e la riduzione della banda passante. In sostanza la potenza acustica irradiata a bassa frequenza diminuisce.
Un tubo infinito non esiste ma lo si può rienpire con materiale fonoassorbente in modo da abbattere complelatante l'onda di pressione. A questo punto il tubo si comporta come se fosse infinito. Apportiamo una nuova modifica:
Immagine
Davanti all'altoparlante ricaviano una camera con un foro con superficie inferiore a SD.
Passando per il foro l'aria deve aumentare la velocità (e diminuire la pressione).
A cosa serve questo marchingegno? serve a misurare la potenza acustica prodotta da un driver a compressione. Dato che tutta la potenza acustica emessa, e che interessa misurare, resta all'interno del tubo e dato che l'impedenza di radiazione rimane costante su tutto lo spettro delle frequenze audio (basta fare il tubo abbastanza lungo e il materiale abbastanza assorbente) quella misurata è la massima potenza disponibile. Come si vede non c'è bisono di alcuna tromba per determinare la massima potenza acustica perchè questa non dipende dalla tromba e non dipende nemmeno dal "guadagno di velocità" (infatti inserendo un raccodo che aumenta il diametro del tubo la potenza acustica non cambierebbe).
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Re: Driver a compressione e sistemi reflex

#7 Messaggio da MarioBon »

L'ultimo passo è confrontare il circuito equivalente di un driver a compressione con il circuito equivalente di un sistema reflex con attivo soppresso. Il circuito equivalente del driver a compressione lo prendiamo da un articolo di Keele del 2004:
Immagine

Come si vede lo schema proposto da Keele differisce per la forma della camera davanti al diaframma mentre il circuito elettrico equivalente è sostanzialmente lo stesso. Dal momento che la camera viene rappresentata con lo stesso elemento circuitale, la sua forma, entro i limiti dell'analogia elettroacustica , non ha importanza.
Quindi possono cambiare i numeri (i parametri dell'altoparlante, i volumi della camera posteriore ed anteriore, ecc.) ma il dispositivo è sostanzialmente lo stesso.
Ne segue che, chi ha esperienza con i reflex con attivo sopresso, grazie alle analogie elettromeccaniche, ha gli strumenti per trattare anche i driver a compressione.
I driver a compressione hanno poi una serie di problemi specifici legati alla particolare forma della camera, alle sue dimensioni, alla conducibilità termica delle sue pareti ed altro ancora. Il limite della velocità dell'aria sussiste nel reflex con attivo soppresso come nel driver a compressione.
Il rendimento di questi due sistemi, stante lo stesso circuito equivalente, si calcola esattamente allo stesso modo.
Dato che la camera anteriore agisce da passa basso (limita la trasmissione delle frequenze più alte) è evidente che il sistema con attivo sippresso presenterà un rendimento minore dsia dello stesso altoparlante in cassa chiusa che dello stesso altoparlate in reflex.
In questo caso però il rensimento non deve essere calcolato ad una sinfola frequenza ma va calcolato su una banda di frequenze.
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Re: Driver a compressione e sistemi reflex

#8 Messaggio da MarioBon »

Per completare vediamo anche questo:
Immagine
Anche questo è un sistema reflex ma viene soppressa l'emissione dal condotto. In questo modo alle spalle dell'altoparlante si genera un risonatore (formato dalla massa mp e dal volume-molla Vol2). Questa situazione rappresenta, per esempio, un tweeter con la cosidetta "camera di decompressione". In questo caso la velocità che interessa (per il calcolo della potenza acustica emessa)) è solo quella dell'altoparlante. Nel circuito elettrico è stata messa in evidenza l'impedenza di radiazione dell'altoparlante (verso lo spazio libero).
L' impedenza che l'altoparlante "vede" con la sua faccia verso l'interno del volume è dovuta a Vol1, mp, Vol2 e dall'impedenza di radiazione del tubo (inglobata in Zami).
Nella risposta dell'altoparlante apparirà un "buco" in corrispondenza della risonanza della camera interna (mp, Vol2). Nei tweeter questo buco non si vede perchè il volume Vol2 è riempito di assorbente e la risonanza risulta così molto smorzata.
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Re: Driver a compressione e sistemi reflex

#9 Messaggio da superdeath1978 »

complimenti per la spiegazione Mario :)
Marco Chiarini
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