Come impiegare al meglio una coppia di Neo 10 (cc)

[MarioBon]

questi 3D riguarda la scelta del filtro passa alto per un generico altoparlante e l'impiego di coppie di altoparlanti particolari come i Neo 10. Considerazioni analoghe si possono fare anche per altri altoparlanti.
In generale, affinchè la risposta in frequenza sia "piatta", lo spostamento del diaframma di un altoparlante deve raddoppiare per ogni dimezzamento della frequenza. Per un midrange e per un tweeter, per evitare rotture ed eccesso di distorsione, è necessario utilizzare un filtro passa alto che impedisce alle frequenze basse di raggiungere l'altoparlante e farlo vibrare con ampiezza eccessiva.
La situazione è rappresentata nella figura che segue che è riferita al tweeter ma per il medio o un woofer non cambia nulla:

Riassumendo:
- Senza filtro lo spostamento quaduplica per ogni dimezzamento della frequenza
- con passa alto del 1° ordine lo spostamento raddoppia per ogni dimezzamento della frequenza
- con passa alto del 2° ordine lo spostamento resta costante al diminuire della frequenza
- con passa alto del 3° ordine lo spostamento si dimezza per ogni dimezzamento della frequenza
Quindi il "minimo della pena" è un filtro passa alto del secondo ordine. Alcuni produttori (tra cui B&W) filtrano il tweeter con un solo condensatore: evidentemente hanno dei tweeter molto robusti ed hanno dimensionato il carico posteriore per ridurre lo spostamento. Nell' ambito dell'autocostruzione è meglio essere più prudenti.
Aumentando la pendenza del passa alto si ottiene la riduzione della distorsione per intermodulaione, maggiore tenuta in potenza e anche un SPL massimo più alto.

Questo vale in linea di principio per ogni altoparlante sia con filtro passivo che attivo.

[MarioBon]

il Neo 10 è un altoparlante planare magnetostatico con impedenza costante pari a 6.5 ohm con la tolleranza di 0.5 ohm. Questo significa che l'impedenza è compresa tra 6 e 7 ohm.
Può essere impiegato a partire da 250 Hz e produce (montato opportunamento) 92 dB SPL a un metro con 2.83Vrms applicati. Si tratta dunque di un trasduttore con una buona sensibilità e una impedenza molto "comoda" che facilita il calcolo del filtro.

Le dimensioni esterne sono 125x254.5 mm. La superficie è praticamente quella di un 8 pollici ma lo spostamento della membrana è giocoforza ridotto. Utilizzarne due (o anche più di due) è una soluzione interessante ma una sorgente così estesa diventa anche direttiva.
Vediamo cosa si può fare rispetto alla direttività. Consideriamo una coppia di Neo 10:

Nella figura sono rappresentati affiancati ed in colonna. Entrambe le configurazioni diventano direttive da frequenze relativamente basse (sicuramente oltre i 1000 Hz). Quella a colonna è più estesa e quindi più direttiva.
La soluzione è far lavorare i due altoparlanti assieme fino ad una certa frequenza, poi uno dei due viene filtrato mentre l'altro andrà ad incrociare con il tweeter. In questo modo si mantiene il vantagio di dimezzare lo spostamento alle basse frequenze matenendo la direttività di un singolo altoparlante.
Benchè si possa scegliere sia la configurazione affiancata che in colonna, qualla affiancata consente di risurre la distanza tra i Neo 10 e la via inferiore (il woofer o il mid basso).
Se la frequenza di taglio è stata fissata a 300 Hz la lunghezza d'onda corrisponde a 1.14 metri.
Se la distanza tra il centro acustico dei Neo 10 ed il centro del woofer è mnore di 60 centimetri la transizione tra la via bassa ed i Neo 10 sarà percepibile solo commettendo degli errori nel filtro cross-over.
Con la configurazione a colonna è più difficile rispettare questa condizione perchè la dimensione della sorgente aumenta troppo.

[MarioBon]

Nella figura del post precedente, tra le due configurazioni, è disegnata una rete RC dove A e B rappresentano i due Neo 10 collegati in serie con un condesatore da 47 uF in parallelo ad uno dei due.
Alle basse frequenza il condensatore è un circuito aperto e i due Neo 10 sono in serie. Se la loro impedenza è uguale la tensione risulta divisa equamente tra i due.
Alle alte frequenze il condenzatore diventa un cortocircuito quindi lavora solo il Neo 10 superiore.
Dato che la somma delle tensioni ai capi dei due altoparlanti è matematicamente uguale alla tensione di ingreso ai capi della coppia, la risposta in frequenza in campo lontano è identica alla risposta di un singolo altoparlante (e senza bisogno di fare alcuna misura). Nella pratica, considerata la dimensione fisica della sorgene, questo avverrà a partire da un paio di metri di distanza.
Ora però l'impedenza è cambiata e vale 2R a bassa frequenza e R alle frequenze alte. Questo complica la progettazione del filtro cross-over ma non è assolutamente un problema nel caso di multiamplificazione.
Volendo si può rendere l'impedenza costante aggiungendo in parallelo una rete RL (resistenza e induttanza in serie) riportando l'impedenza a 6,5 ohm costanti. Se si può evitare è meglio perchè in questo modo l'amplificatore deve erogare una corrente che scalda una resistenza senza produrre suono. Regolarizzare l'impedenza ha un costo: si spreca potenza.

Una parola va spesa per la tolleranza sulla impedenza che assume un valore tra 6 e 7 ohm (quasi il 16%) questo significa che, se si calcola un filtro passa basso passivo del primo ordine a 3000Hz lo potremmo trovare "da qualche parte" tra 2770 o a 3240Hz. Questo, in quelche modo, costrige alla multiamplificazione con filtri attivi.
Mettndo due Neo 10 in serie la situazione peggiore è trovare un altoparlante da 6 ohm in serie ad uno da 7 ohm. Questo porta una differenza di emissione di 0.7 dB (per il partitore resistivo) più le eventuali diffenrze sull'SPL. Bisogna quindi misurare le impedenze e "combinare" le coppie in modo appropriato.
Detto per inciso questo è il motivo per cui non ho scelto questi altoparlanti. L'Ing Giussani, che li ha usati, sapeva anche come fare per porvi rimedio. Dato che anch'io so come fare ho preferito lasciar perdere. Rimane un ottimo componente per il DIY.

[MarioBon]

Per il Neo 10 viene consigliata una frequenza minima di taglio tra 250 e 350 Hz.
Impiegandono due, tale frequenza va moltiplicata per 0.7 e diventa compresa tra 175 e 245.
(se fossero quattro la frequenza andrebbe dimezzata => 125-175 Hz).
Potremo così tagliare, per esempio a 250 Hz e incrociare in alto a 2500 Hz.
Considerato che il Neo 10 comincia ad essere direttivo verso 1300 Hz si otterrebbe un "calo" nella potenza acustica limitato alla banda tra 1300 e 2500 Hz. Da questo punto vi vista un taglio a 2000Hz sarebbe preferibile (ma è questione di gusti).


Qui sopra la risposta in frequenza del Neo 10 misurata senza alcun pannello. La risposta decresce verso il basso di 6 dB/ott come si conviene ad un dipolo. E' riportata la retta con la pendenza di 6dB. Montandolo su un pannello la risposta diventa "piatta" da circa 1800-2000Hz (verso il basso) allineandosi a circa 91-92 dB. Poco sopra i 200Hz sembra potersi distinguerei la frequenza di risonanza.

[MarioBon]

Alla fine un possibile sistema con due Neo 10 potrebbe apparire come nella figura che segue (sub woofer a parte) fermo restando che non è l'unica soluzione possibile e che, affiancato ad un array di mediobassi, potrebbe andare anche meglio:

I due Neo 10 affiancati generano un campo acustico assimmetrico sul piano orizzontale e questo dà la possibilità di scegliere, in una certa misura, come gestire le riflessioni laterali.
Supponiamo che la figura rappresenti il diffusore sinistro, se il neo "non filtrato" è quello di sinistra (con la parete vicina alla sua sinistra) le riflessioni laterali saranno inferiori.
Scambiando di posizione il diffusore destro e sinistro si ottengono due "scene 2 con larghezza diversa. Anche questo può essere un vantaggio da sfrutare.
Ultima cosa: dovessi scegliere useri i Neo 10 su un pannello abbastanza largo montati a dipolo. Un pannello largo una quarantina di centimetri dovrebbe essere sufficiente. Tale pannello va disaccoppiato dal cabinet del woofer (o medio basso) perchè, proprio per la sua massa molto piccola, il Neo 10 "raccoglie" ogni vibrazione come fosse un accelerometro.
Uno dei vantaggi degli aloparlanti planari è che, montati a dipolo, non soffrono del mascheramento causato dalle riflessioni interne al mobile. E' un peccato rinunciarvi.

Per concludere il Neo 10 è un trasduttore con potenzialità enormi, adatto per il DIY, ma che richiede qualche accortezza.

[MarioBon]

Protezione: considerato il costo e la relativa "delicatezza" si potrebbe decidere, nell'ambito della multiamplificazione, di aggiungere un condensatore in serie per evitare la "bruciatura" nel caso l'amplificatore decidesse di sua sponte di erogare corrente continua (in caso di guasto). Un valore adeguato, in linea di principio potrebbe essere di 100 uF (dipendendo dalla frequenza di taglio scelta per il passa alto).

--fine--
il 3D ora è aperto.

[TeoMarini]

Mario,
potresti spiegare come si calcola il valore del condensatore nella configurazione "quasi-serie" (e, giacché ci sei, anche nella "quasi-parallelo"... ) che si vede nella foto?

P.S.: Ho rovato questo:

http://mariobon.com/Articoli_nuovi/027_ ... essivo.htm

ma mancano le indicazioni di calcolo...

[MarioBon]

Per la configurazione "quasi serie" il condensatore di calcola tenendo conto che il carico, a bassa frequenza, è pari a 2 volte RE quindi:

C = 1000000/ (6.28 x 2RE x freq.) risultato in uF
Per il Neo 100 RE=6.5, 2RE=13 posto frq= 125Hz (per esempio)
C = 1000000/(6.28 x 13 x 125) = 97.99 uF arrotondato a 100 100uF.

i risultati sono già in microfarad (sono moltiplicati per un milione). La risposta in campo lontano è a fase minima (a meno della diffrazione ai bordi).

La configurazione quasi parallelo è questa:

La bobina è in milliHenry (è moltiplicata per mille)
Nel quasi parallelo in carico a bassa frequenza vale la metà di R (R//R=0.5R)
In questo caso però la risposta del sistema completo non è "piatta". Lo diventa se l'altoparlante filtrato viene usato per equalizzare la risposta complessiva. Serve quindi un altoparlante con risposta in frequenza "crescente" (come i normali woofer).
Le relazioni mostrate valgono se la frequenza di passa alto e di passa basso sono "lontane" (almeno una ottava) altrimenti si deve fare il calcolo completo. La risposta incampo lontano è a fase minima (se non c'è diffrazione ai bordi)
Per il Neo 10, che ha impedenza resistiva, le cose vanno così. Se si trattasse di un altoparlante "normale" l'impedenza della bobina mobile "sballerebe tutto" introducendo delle risonanze non trascurabili.
Il filtro progressivo con quattro altoparlanti è costituito da due gruppi in quasi parallelo posti in quasi serie. Il calcolo della induttanza è lo stesso. Il calcolo della capacità della quasi serie anche. Dato che i gruppi in quasi parallelo non hanno impedenza costante tendono a risuonare con le componenti induttive motivo per cui si aggiunge un resistore da 1 ohm in serie. I valori indicativi sono: condensatore = 100 uF
resisteore = 1 ohm
bobine = da 1 a 1.5 mH
Questi valori vanno bene per quattro woofer da 5" o 7" da incrociare con il tweeter a 2000Hz (o più). Dato che 4 altoparlanti in serie-parallelo hanno la stessa impedenza nominale di un singolo altoparlante, un eventuale condensatore (di passa alto) va calcolato sulla impedenza nominale del singolo altoparlante. Anche per il filtro progressio, in campo lontano, la risposta è a fase minima sempre a meno dei denomeni di diffrazione ai bordi.

[MarioBon]

Attenzione: ho corretto un errore sulla bobina del quasi parallelo.

[TeoMarini]

Grazie, Mario!