JBL Everst DD66000

[MarioBon]

La prima cosa da fare per analizzare il progetto di un diffusore acustico è procurarsi il maggior numero di informazioni possibili possibilmente da fonti diverse. In questo caso le fonti sono due:
http://www.mariobon.com/Articoli_storic ... _Paper.pdf
http://www.mariobon.com/Articoli_storic ... 000_AR.pdf

Le Everest sono diffusori passivi (ma biamplificabili) a tre vie e mezza con due woofer da 36 centimetri. Medi e alti sono driver a compressione con trombe. La sezione bassa è interessante per due motivi:
- I due woofer hanno due frequenze di taglio diverse
- il volume dedicato ai due woofer è relativamente piccolo
- la sensibilità sta a circa 96 dB (alta ma non mostruosa)

E' evidente l'intento di realizzare un prodotto per uso domostico, esteticamente valido, non troppo invadente e che fornisca una adeguata estensione verso il basso. La Everest si colloca tra gli oggetti di lusso.
Entriamo nel vivo osservando i grafici qui sotto:


le figure in basso sono l'impedenza delle Everest come misurata da JBL e da Audio Review: si capisce che si tratta dello stesso diffusore. Si noti la misura della distorsione armonica condotta a 96 dB che è un livello "domestico).


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Nel grafico dela risposta in frequenza (in alto a sinistra) si vedono le risposte dei 4 altparlanti:
- un woofer è tagliato molto precocemente con pendenza di 6dB/ott (linea rossa)
- la risposta del secondo woofer si estende fino ad incrociare il medio tra 700 e 800 Hz
- medio e tweeter si incrociano tra 9 e 10 kHz.

la sovrapposizione delle risposte dei due woofer è fatta in modo da estendere la risposta in frequenza verso il basso, raddoppiare lo spostamento volumetrico ma senza ridurre l'angolo di dispersione oltre una certa frequenza. Possiamo notare, infatti che , da 500 Hz in su, la risposta complessiva dei due woofer corrisponde a quella del woofer "non tagliato" entro un dB poco più.

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Alla luce di ciò possiamo dire che la Everest equivale ad un sistema a tre vie dove la parte bassa possiede lo spostamento volumetrico di due woofer da 38 cm ma la dispersione di un solo woofer da 38 cm. Questo è lo scopo dei sistemi che implementano "la mezza via".

Questi due woofer possono generare fenomeni di interferenza distruttiva con lobi di radiazione lungo direzioni particolari? Vediamo che dimensioni ha la sorgente. Due woofer da 38 cm affiancati hanno i centri acustici separati da una quanrantina di centimetri mente la dimensione massima della sorgente è, approssimativamente di una ottantiva di centimetri.

40 cm => lunghezza d'onda = 860Hz
80 cm => lunghezza d'onda = 430Hz

Per frequenze inferiori a 215 Hz (circa) i due woofer possono essere considerati una sorgente unica e sono troppo vicini perchè, in qualche direzione, si possa ottenere interferenza distruttiva completa. Oltre i 200 Hz un woofer si attenua rispetto all'altro questa attenuazione introduce anche una differenza di fase (ritardo) tra le emissioni.
Dato che l'attenuazione è di 6 dB ottava, si può dimostrare che la massima differenza di fase in asse tra i due woofer non può superare:
45° dove un woofer è 3dB sotto all'altro (diciamo frequenza X)
90° almeno una decade oltre X (dove non interessa più).
In sostanza, al massimo, nella zona di interesse, i due woofer sono svasati di 45° e questa differenza di fase non è sufficiente per ottenere interferenza distruttiva completa in nessuna direzione.
Quando due sorgenti omnidirezionali, con lo stesso SPL, sono svasate di 45°, la somma delle emissioni è 5.33 dB anzichè che di 6 dB. Questo significa che il diagramma polare delle due sorgenti, invece di essere "sferico", presenta delle oscillazioni di qualche dB (inferiori a 2.6 dB).

Dal grafico della risposta in frequenza di vede l'incremento di 6 dB (circa) alle basse che va a ridursi a meno di un dB oltre i 500 Hz. Non ci sono "lobi laterali" di radiazione degni di questo nome.

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volendo fare una stima più aderente, possiamo raffigurare cosa avviene a 85 Hz circa (dove le emissioni dei due woofer sono uguali):



Per concludere l'analisi della parte bassa della Everest DD66000 si deve concludere che la scelta di due woofer ha consentito di aumentare lo spostamento volumetrico senza sacrificare più di tanto la dispersione ovvero ottenendo un fattore di direttività compatibile a quello della via superiore.
Resta uno spostamento, rispetto all'asse verticale, del woofer e del medio nella zona di incrocio che, evidentemente, non è stata giudicata importante (e lo è ancor meno se la Everest viene realizzata in coppie speculari).

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Schema del filtro cross-over dei due woofer:

quello che segue è, invece, come andrebbe fatto (secondo me)

(ho tolto i valori dei componenti che vanno modificati)

Benchè la seconda versione sia la più corretta teoricamente e più vantaggiosa rispetto alla risposta in fase, le componenti resistive delle induttanze hanno indotto JBL a scegliere la soluzione con meno perdite in serie agli altoparlanti. Si notino le resistenza in parallelo ai woofer che servono a smorzare l'impedenza dei picchi di risonanza del reflex.
Per quanto riguarda i condensatori: un condensatore da 42uF è stato realizzato con
(81//3)+(81//3) = 84:2 = 42uF
gli 81uF dovrebbe essere un elettrolitico bipolarizzato. I 3 uF in parallelo servono per bypassare la componente induttiva ad alta frequenza mentre i due gruppi in serie sono necessari per aumentare la tensione di lavoro (soprattutto rispetto ai segnali alternati). Per il resto sono filtri "normali".

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Dimostrazione:
Consideriamo un woofer caratterizzato dalla risposta H1(jw). Per semplicità consideriamo che la sua impedenza elettrica sia stata resa costante con una opportuna rete in parallelo.
Consideriamo un secondo woofer del tutto uguale e anch'esso compensato e sempre caratterizzato da H1(jw).
Applichiamo ad un woofer un filtro passa basso del 1° ordime Hpb= 1/(1+jwT) in pratica una bobina in serie con componente resitiva trascurabile.
La sovrapposizione delle risposte dei due woofer (uno con filtro e l'altro senza) si scrive:

Htot = H1(jw) + H1(jw) /(1+jwT) = H1(jw)[1 +1/(1+jwT)] = H1(jw)[(2+jwT)/(1+jwT)]
Htot = 2 H1(jw)[(1+jwT/2)/(1+jwT)]

la funzione di trasferimento risultante è caratterizzato da un polo in wp=1/T e da uno zero in wz=2/T e risulta come mostrata qui sotto.

L'incremento asintotico è di 6 dB e tutto si svolge nell'arco di una ottava perchè wz/wp=2.

Questa risposta polo-sezo si regola in modo da compensare la caratteristica del singolo altoparlante portando ad estendere la risposta alle basse, nel caso della JBJ) di una ottava. Questo è stato fatto sulla Everest.

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Si possono fare dei rilievi questo progetto?
probabilmente la cosa più evidente è la diffrazione ai bordi causata dalla tromba del medio nella gamma media riprodotta dal woofer. Lo stesso si potrebbe dire per la risposta del tweeter la cui radiazione viene riflessa verso l'alto sempre dalla troma del medio.
Tuttavia il tweeter è taglito a 9kHz (decisamente alto) e questo diffusore non è certo nato per essere ascoltato a due metri di distanza. Certi effetti, a 4 o 5 metri di distanza, sono meno importanti e probabilmente ritenuti secondari rispetto allo scopo principale (sonorizzare un grande ambiente). Sicuramente la distorsione è più udibile della diffrazione ai bordi.
L'altro "difetto" si vede nella ETC che presenta due picci distinti. Per gli appassionati di trombe questo non è un difetto.

La distorsione nella TND è tutta il salita verso le alte frequenze e propone una prestazione inferiore ad un buon tweeter a cupola (che produce la stessa SPL). Rimane comunque sotto l'1% che, per molti autori, è un valore sufficiente. Molto positivo il fatto che le due curve di TND a 90 e 100 dB siano quasi sovrapponibili segno le i limiti del diffusore non sono stati ancora raggiunti.