Impariamo a leggere le misure

[MarioBon]

Leggere le misure non è facile. Qui di seguito prendiamo un diffusore Electro Voice modello Sx500+. Questo modello ha due vantaggi: il manuale utente è reperibile in rete e contiene molte informazioni. Per di più la Electro Voice è una ditta con una storia non indifferente alle spalle e, come vedremo, le specifiche dichiarate sono sostanzialmente corrette.
Va tenuto presente che falsificare una misura è facile ma quando diventano più di tre diventa difficile. La prima cosa da osservare è se le misure sono corredate della spiegazione di come sono state ottenute (condizioni al contorno). In questo caso c'è tutto quello che serve.


questa qui sopra è la risposta in frequenza misurata in camera anecoica ma con il livello riferito ad un metro. Questa risposta è stata ottenuta con 1 Watt applicato. Il rendimento dichiarato è pari al 4.4% su mezzo spazio. Questo significa che su spazio intero il rendimento vale la metà ovvero 2.2%
Invertendo l'espressione del rendimento (vedi oltre) si ottiene un llivello di 95.64 su spazio intero o 98.64 su mezzo spazio. In effetti La risposta in frequenza non appare proprio adagiata sui 100 dB dichiarati. 98 dB sembra un valore più ragionevole.

[MarioBon]

Il diffusore però è dichiarato 8 Ohm nominali. Ma la curva di impedenza mostra dei minimi inferiori a 6 Ohm. Per essere un 8 Ohm nominali i minimi di impedenza non dovrebbero essere inferiori a 6.4 Ohm.
La Electovoice dichiara il minimo a 4.7 Ohm
Questo significa che mettendo due diffusori in parallelo l'impedenza scende a 2.35 Ohm e un amplificatore come l'E800 potrebbe oscillare (perchè è dichiarato instabile su 2 Ohm). Se si usa una singola coppia di Sx500, un amplificatore in grado di pilotare un carico da 4 Ohm nominali non avrà problemi ma non si possono collegare due copie di casse (in parallelo) a cuor leggero. Nessun problema se si collegano due casse Sx500 in serie (il carico minimo diventa 10 Ohm).

A 50 Hz si vede una irregolarità che non ci dovrebbe essere e che probabilmente è dovuta al mobile di plastica.
Nei sistemi per HiFi una irregolarità cosi a frequenza così bassa non si è mai vista ma questo non è un diffusore per HiFi e, se si dovesse usare in casa lo si dovrebbe ascoltare ad almeno 3 metri di distanza (e con un subwoofer).

[MarioBon]

Questa qui sopra è la misura di distorsione eseguita in camera anecoica a 3.05 metri di distanza e con 40 Watt applicati.
Questa misura è interessante perchè ci mostra il livello ottenuto a 3.05 metri dalla cassa in assenza di suono riverberato. In sostanza si vede il livello del solo suono diretto.
Per valutare il livello la prima cosa da fare è riportarlo a un metro di distanza quindi calcoliamo

20 log (3.05/1( = 9.68 dB

Ora dobbiamo tenere conte dei 40 Watt. Questo è un po' più complicato perché l'impedenza non è costante. Però consideriamo il minimo di impedenza di 5 Ohm, 40 Watt su 5 Ohm producono un incremento di livello di 14 dB.

14-9.68= 4.32 dB

questo significa che la curva riportata nel grafico della distorsione deve risultare spostato verso l'alto di 4.32 dB cosa che effettivamente avviene anche in modo abbastanza preciso.

P.S. incidentalmente il grafico riporta il livello della distorsione di seconda e terza armonica. Dove la curva della distorsione è più bassa di
60 dB la distorsione vale 0.1%
50 dB la distorsione vale 0.32%
40 dB la distorsione vale 1%
30 dB la distorsione vale 3.2%
20 dB la distorsione vale 10% ... altro non serve sapere...
In HiFi la distorsione si misura ad un livello di 90 dB a un metro ovvero con segnali molto meno intensi

[MarioBon]

l'ultimo grafico preso in considerazione è l'indice di direttività dell'intero diffusore. Per prima cosa notiamo l'andamento generale che parte dal valore 1 (a frequenza molto bassa).
A 100 Hz l'indice vale quasi due il che significa che il diffusore è già sensibilmente direttivo nel senso che
una sfera pulsante ideale che emetta la stessa potenza acustica della Sx500 a 200 Hz produce un livello SPL 2 dB più basso.
Questa direttività che si manifesta a frequenza così bassa è causata anche dall'estensione del pannello frontale.
A 500 Hz l'indice di direttività vale più di 5.
La voce umana è emessa da una sorgente che ha un indice di direttività di 2.5dB quindi questo diffusore è molto più direttivo della voce umana.
Dato che il rendimento si calcola per confronto con una sfera pulsante si deve scegliere una frequenza dove l'indice di direttività vale 1 (oppure si deve tenere conto dell'indice di direttività).
Nella parte di risposta di competenza della tromba l'indice varia tra 14 e 17 per poi calare un po' sull'ultima ottava, Questo indica una spiccata direttività da parte della tromba.
Quello che è positivo è la mancanza di brusche variazioni dell'indice di direttività in corrispondenza della frequenza di cross-over.

La relazione utilizzata per calcolare il rendimento è la seguente:


dove SPL è il livello misurato in campo lontano ma riferiro a un metro ottenuto con un Watt di potenza elettrica e DI è l'indice di direttività.
Grazie a questa relazione smplice ma accurata abbiamo potuto verificare la congruenza delle misure.

[MarioBon]

quelle che seguono sono le risposte in frequenza e l'impedenza delle Focal Diablo (due vie) fatte da due riviste tedesche (Stereoplay e Stereo)


si possono notare tante cose ma mi soffermo sulla diversa estensione verso il basso e sulla differenza di sensibilità.
Per comprendere la differenza di sensibilità si divrebbero leggee le condizioni di misura (in tedesco) anche se la risposta, in base alla normativa, dovrebbe essere riferta a un metro. Le riviste tedesche a volte pongono il microfono a un metro, a volte a due. A volte usano un segnale da 2 Vrms altre voltr di 2,83 Vrms.
Per quanto riguada la risposta in frequenza di un reflex si dovrebbe misurare la risposta in frequenza in campo vivino del woofer e del condotto, scalare quella del condotto (per tenere conto della superficie di radiazione inferiore) e quindi sommare i contriuti tenendo conto della fase. Questo diventa ancor più complicato se il woofer ed il condotto sono vicini (perchè non si riesce ad isolare i due contributi).

[MarioBon]

questa che segue è la Focal 1038 provata da Stereoplay (sinistra) e Stereo (destra):

A parte che il grafico di destra parte da 30 Hz (e manca il primo picco di impedenza) la risposta in frequenza mostrata da Audio è imbarazzante.

[MarioBon]

Potenza sopportata: quale amplificatore per quale altoparlnte?

Alla fine il calcolo da farà è questo:
Potenza Ampli su 8 Ohm = Potenza AES x 4.5 x ImpedenzaMinima / 8

Nel data sheet di un driver a compressione SICA si legge:


la nota dice:
"rated power measured with 2 hours test with continuous pink noise signal, 6 dB crest factor, HP filter 3kHz-12dB/Oct"
ovvero
Potenza misurata con un test di 2 ore con rumore rosa con fattore di cresta è pari a 2 , filto passa alto (HP) a 3 kHz a 12 dB/ott.
Le condizioni sono conformi allo standard AES quindi il nostro driver sopporta 20 Watt AES.
Lo standar AES definisce la potenza rispetto alla minima impedenza.
In questo caso RE vale 12 Ohm. Assumiamo come minima impedenza 12 Ohm perchè Zmin non è specificata.
La potenza degli amplificatori è specificata su 8 Ohm quindi coviene riferire tutto a 8 Ohm.

La potenza AES (dichiarata) è di 20 Watt su 12 Ohm con fattore di cresta pari a 2.
Applicando la Legge di Ohm ricaviamo la tensione che vale 15.5 Vrms e 31 Vpicco.
Dato che il fattore di cresta minimo della musica vale 3, qual'è la potenza dell'ampli cui collegare questo driver?
Sappiamo che la tensione RMS vale 15.5 ed il fattore di cresta vale 3 quindi:
FC = Vpicco/Vrms => 3 = Vp/15,5 => Vp=15.5 x 3 = 46.5 = Tensione di picco sul carico. Posta l'impedenza=8 Ohm calcoliamo al potenza:
45.6x46.5/(8x2)=135 Watt = Potenza continua su 8 Ohm con 45.6 Volt di picco.

alla fine il nostro driver può essere collegato ad un amplificatore da 135 Watt su 8 Ohm purchè non clippi e con banda passante limitta a 3 kHz.

Semplificaando il calcolo si ottine
Potenza Ampli su 8 Ohm = Potenza AES x 4.5 x ImpedenzaMinima / 8

per esempio un woofer che supporta 300 Watt AES con impedenza minima di 6 Ohm può essere collegato ad un amplificatore da
300 x 4.5 x 6 /8 = 1012 Watt continui

Attenzione: questo calcolo rifuarda l'utilizzo su una decade (per esempio da 50 a 500 Hz). Se, per sempio, la banda passante viene ampliata di una ottava (da 50 a 1000 Hz) la potenza deve essere dimezzata (raddoppiata in caso contrario). Ne segue che l'altoparlante più esposto a potenza eccessiva è il medio quando riproduce più di una decade. Per lo stesso motivo l'altoparlante meno esposto ad un eccesso di potenza è un sybwoofer che lavora su una banda passante inferiore a una decade (e questo è il motivo per cui si mette un passa alto anche al subwoofer).