Scelta del Wooer

MB - 4 dicembre 2017aggiornato 22 agosto 2019

 

16.35  Hz

Primo Do della pedaliera dell'organo

27Hz

Primo La della tastiera del pianofrte

32Hz

Primo DO della tastiera dell'organo

40 Hz

Mi del contrabbasso e basso elettrico

 

In HiFi la riproduzione dovrebbe iniziare a 16 Hz per tenere conto della prima nota della pedaliera dell'organo.

 

Il woofer è l’altoparlante destinato alla riproduzione della parte bassa dello spettro audio. In genere un buon diffusore riesce a riprodurre i 40 Hz. Se sidesidera maggiore pressione omaggiore estensione si ricorre al  sub-woofer.

Molti mini-diffusori (classificati HiFi) fanno fatica a riprodurre i 60 Hz. Evidentemente non sono diffusori adattia chi ama la grande orchestra olamusica perorgano.

 

Di norma il “motore” (complesso magnetico) di un woofer è di tipo overhang anche se attualmente esistono ottimi underhang capaci di spostamenti fino a 36 mm picco-picco.

 

Il woofer è caratterizzato dalla superficie di radiazione (SD) e dal massimo spostamento lineare dell’apparato mobile (Xmax o Xlin). Questi parametri determinano lo spostamento volumetrico SV (pari al prodotto della superficie per lo spostamento di picco Xmax). Più lo spostamento volumetrico è alto e più il woofer può emettere livelli SPL alti a bassa frequenza. Benchè i sistemi reflex consentano di aumentare l'SPL attorno allafrequenza diaccordoe lalinea di trasmissione consenta diestendere la  banda passante versoil basso, come riferimento si prende la cassa chiusa.

Lo scopo delle trombe è concentrare la potenza acustica su un’ area limitata (ottenendo così un aumento del livello SPL su quell’area).Si usavano in passato ora (anche neiconcertiall'aperto) non vengono più usate perché sonotroppo ingombranti (sostituite fa array).

 

In modo abbastanza schematico possiamo dividere la banda audio in tre sottobande

 

basse

<200 Hz

A queste frequenze l’orecchio umano è poco sensibile e poco selettivo. Tuttavia possiamo percepire la differenza tra due toni a 100 e 101 Hz (1%).

 

Fino a 4000 Hz lavora 2/3 delle cellule ciliate e possono essere discriminate circa 1000 frequenze diverse

 

20 20 a 4000 => 1000 frequnze

medie

200 - 4000

l’orecchio è sensibile e selettivo

alte

>4000

Oltre i 4000 Hz la nostra capacità di discriminare frequenze peggiora notevolmente (bassa selettività).  L’orecchio è sensibile ma poco selettivo

Oltre 4000 Hz “avora 1/3 delle cellule ciliate e possono essere discriminate circa 500 frequenze diverse

Da 4000 a 16000 => 500 frequenze

 

Il rapporto della frequenza tra due note separate da un semitono vale la radice dodicesima di 2 pari a 1.059… ergo l’alterazione percentuale dell’intonazione tra una nota ed il semitono successivo vale circa il 6% (che rientra nei nostri limiti di discriminazione della frequenza). La JND per la frequenza da 20 a 4000 Hz (tastirda del pianoforte) è inferiore al 6%

 

Le differenze di qualità sonora imputabili al woofer (se è tagliato sotto i 200 Hz) sono facilmente percepibili e sono causate :

 

-          dalla risposta in frequenza

-          dal tipo di carico (sospensione, reflex, ecc.)

-          dalle risonanze del cabinet

-          dalle riflessioni interne al cabinet (mascheramento)

-          dalla distorsione armonica e di intermodulazione

-          dal materialedel cono (la differenza tra cartae alluminio si sente chiaramente)

 

Lasciamo da parte l’ambiente e i modi normali. Una risposta in frequenza sottosmorzata e la presenza di risonanze nel cabinet provocano code sonore persistenti che diminuiscono la Chiarezza della riproduzione (basso poco articolato o monocorde). La distorsione eccessiva, benché a quelle frequenze l’orecchio sia abbastanza tollerante, può produrre la sensazione del raddoppio della frequenza della fondamentale. Non è difficile, oggi, realizzare un ottimo sistema di riproduzione delle basse frequenze utilizzando woofer di produzione corrente (in un sistema a 3 vie). Buona parte delle limitazioni di un sistema a 2 vie si attenuano utilizzando la configurazione a “2 vie e mezza” (due woofer in parallelo con frequenze di passa basso differenziate).

 

Discorso diverso, invece, va fatto per i mid-woofer ovvero i woofer che devono riprodurre anche le frequenza medie (dove l’orecchio è sensibile e selettivo). In questo caso la distorsione di intermodulazione in gamma media prodotta dalle escursioni del woofer è facilmente riconoscibile (non solo come perdita di Chiarezza ma anche come fatica da ascolto).

La realizzazione di un sistema a due vie e due altoparlanti richiede un woofer di caratteristiche eccellenti. Tra le altre cose, in un sistema a due vie, il woofer si trova a riprodurre quasi due decadi il che lo espone anche alla distorsione Doppler. Per limitare l'escursione si può adottare ilcaricamentoin reflex abbinato ad un filtro elettronico passa alto.

 

Quindi utilizzi diversi portano a scegliere woofer molto diversi come prestazioni (e prezzo). Per un sistema a tre vie con taglio sotto i 200 Hz la distorsione prodotta dal woofer non può produrre intermodulazione in gamma media. Contemporaneamente il medio non è soggetto ad ampie escursione e produce meno intermodulazione. Ne segue che, per realizzare un sistema a tre vie, si possono scegliere altoparlanti con caratteristiche meno “spinte” rispetto da un sistema a due vie.

E' importante che la distanza tra i centri acustici di woofer e medio sia almeno inferiorea mezza lunghezza d'onda alla frequenza di taglio scelta (peresempio 200Hz => minore di 86 centimetri).

Lo stesso valeper ladistanza trawoofer esub-woofer.

 

Esiste una precisa relazione tra spostamento volumetrico e minima frequenza riproducibile ad un SPL prefissato. Detto in altre parole un woofer non può produrre qualsiasi livello SPL a qualsiasi frequenza. Ad ogni dimezzamento della frequenza, per mantenere lo stesso livello SPL, lo spostamento volumetrico deve quadruplicare. Questa regola vale per il woofer ma anche per il medio ed il tweeter. Raramente se ne tiene debito conto.

 

SD in cm2 e Xmax

numero di woofer

Frequenza minima in Hz

Max SPL in dB

 

SD=130

Xmax=5

1

214

 

115 su mezzo spazio

(picco = 118)

4

107

16

53.5

64

26.75

 

La tabella qui sopra indica quanti woofer uguali servono per ottenere lo stesso SPL al diminuire della frequenza. Se un woofer da 7” con Xmax=5 mm produce 115 dB a 214 Hz, per ottenere lo stesso livello SPL a 26.75 Hz servono 64 woofer. Quadruplicando Xmax (a 20 mm ovvero a 40 millimetri picco picco) il numero di woofer si riduce a 16. Disponendo di una coppia di woofer da 15” (SD=850) lo spostamento di ciascuno dovrebbe comunque essere di 48.96 mm picco-picco. Si tratta di uno spostamentotroppo ampio. Quindi anche due woofer da 15” non sarebbero sufficienti per ottenere 115 dB a 26.75 Hz (il primo LA del pianoforte sta a 27 Hz circa).

 

Fortunatamente, in ambiente, non è necessario arrivare a 115 dB SPL a 27 Hz perché le pareti contribuiscono non poco all’SPL complessivo. Si possono poi fare altre considerazioni (di tipo energetico).

 

Supponiamo di avere un sistema di altoparlanti a tre vie con tagli a 200 e 2000 Hz. Ogni via riproduce una decade (ovvero1/3 della potenza di un rumorerosa20-20kHz). Facciamo riprodurre al nostro diffusore un rumore rosa con banda da 20 a 20000 Hz ad un livello di 115 dB. Per raggiungere 115 dB ogni decade (ogni via) deve riprodurre 4.77 dB in meno. Quanti il woofer riprodurrà un livello 110.23 dB (e lo stesso per medio e tweeter).

Se poi consideriamo altri fattori (per esempio:

 

-          il reale contenuto di basse frequenze delle registrazioni)

-          il fattore di cresta minimo dei programmi musicali

 

possiamo togliere altri 6 o anche 9 dB. Si arriva così a 102-05 dB circa (come dire che al posto dei 64 woofer visti in tabella ne bastano 16 o 20). Le cose sono passate su un piano più “umano”.

Non abbiamoancorachiamatoin causa l'ambiente che potrebbe darci altri 12 dB (in angolo)

 

Una cosa dovrebbe essere chiara: per migliorare la qualità della riproduzione di un woofer bisogna limitare le sue escursioni. A parità di SPL prodotto, ciò si ottiene solo aumentando la superficie di radiazione (o impiegando più woofer). Impiegare un filtro sub-sonico attivo aiuta. Più la frequenza di passa alto è “alta” e meglio è (ma un sistema HiFi deve riprodurre almeno i 40 Hz).

Più l’ordine del filtro è elevato e più i bassi sembreranno “veloci”. Questa è una caratteristica che piace molto agli audiofili ma, essendo ottenuta limitando la banda passante, deve essere considerata un difetto.

 

In sostanza per scegliere il woofer di deve determinare:

 

-          il livello SPL che si vuole raggiungere

-          la frequenza più bassa che si vuole riprodurre

-          la frequenza più alta che deve riprodurre il woofer

 

Sarebbe poi opportuno sapere dove sarà posizionato (su stand, a pavimento, in angolo, ecc.) Con queste informazioni sarà possibile determinare lo spostamento volumetrico necessario. Tale spostamento volumetrico si può ottenere con un singolo woofer o utilizzando più woofer collegati in serie, in parallelo o in serie/parallelo (e questo dipende dall’impedenza del sistema che si vuole realizzare).

 

Una soluzione da non sottovalutare è il filtro passa basso progressivo che consente, utilizzando 4 altoparlanti uguali, di estendere la risposta di almeno una ottava verso il basso mantenendo la dispersione di un singolo woofer.

 

Nel valutare ilmassimo spostamentovolumetrico sideve tenere conto della larghezzadi banda e anche della posizione. Tra una e l'altrasipossono guadagnare da 10 a 16 dB.