Sub woofer

31 luglio 2018

MB

Premessa 1

Le note musicale si estendono a partire dal DO 16 Hz (primo pedale dell’organo). Le prime ottave sono:

16-32 Hz

32-64 Hz

64-128 Hz

Premessa 2

Per produrre suono il diaframma di in altoparlante deve trasferire il suo movimento all’aria. Più la frequenza da riprodurre è bassa più la quantità d’aria che deve essere posta in movimento è elevata. In particolare per ogni dimezzamento della frequenza il volume d’aria spostato deve quadruplicare. In pratica se per riprodurre 128 Hz basta un singolo altoparlante

- per riprodurre 64 Hz ne servono 4

- per riprodurre 32 Hz ne servono 16

- per riprodurre 16 HZ ne servono 64

Invece di utilizzare 64 altoparlanti è più comodo utilizzarne solo uno la con superficie di radiazione 64 volte più grande. In realtà è lo spostamento volumetrico (il volume di aria spostata) che deve essere 64 volte più grande. Quindi si deve tenere conto sia della superficie (SD) che dello spostamento (Xmax). Lo spostamento volumetrico è pari a SV=Xmax SD.

Che cosa è

Il sub woofer è un dispositivo specializzato per la riproduzione delle prime ottave dello spettro audio. Dato che lo spettro di emissione della voce umana inizia a 80 Hz, il sub woofer dovrebbe riprodurre fino a questa frequenza. Alcuni sub woofer arrivano a riprodurre 100-120 Hz .

A cosa serve

Lo scopo del sub woofer è sollevare l’altoparlante delle note basse dal riprodurre le note più basse che sono quello che richiedono gli spostamenti del diaframma dell’altoparlante più ampi. Più lo spostamento è ampio più aumenta la distorsione non lineare. Di qui la necessità di impiegare woofer di diametro importante (dal 10 pollici in su).

L’impiego del sub woofer consente di estendere la risposta in frequenza verso le basse frequenze ottenendo al contempo un livello SPL maggiore.

Vantaggi

Maggior estensione verso le basse frequenze

Minore distorsione alle basse frequenze

Minore distorsione alle frequenze medio-basse e medie

Maggiore livello SPL alle basse frequenze

Possibilità di amplificazione autonoma

Maggiore flessibilità

Come va adoperato

Il modo migliore per utilizzare il sub-woofer è quello di dotare l’impianto di un filtro cross-over attivo che indirizza le frequenze basse al subwoofer e il resto dello spetto ai “satelliti”. In questo case servono 2 amplificatori di potenza. Si possono utilizzare anche filtri cross-over passivi.

Quanti ne servono

Il numero di sub woofer necessari dipende

- dalla massima frequenza che deve riprodurre

- dalla distanza con i satelliti

Il criterio è il seguente: se la distanza tra sub e satelliti è inferiore a mezza lunghezza d’onda alla frequenza di taglio allora basta un sub-woofer altrimenti ne servono due (uno per canale) da porre in prossimità del satellite destro e sinistro.

Supponiamo che i satelliti si trovino a 3 metri uno dall’altro. La frequenza frequenza di taglio tra sub e satelliti dovrebbe trovarsi alla frequenza che corrisponde al doppio di 3 metri (6 metri) e corrisponde a 86 Hz. Quindi una frequenza di taglio di 80 Hz può ritenersi ottimale in molte installazioni domestiche. Negli ambienti più grandi o quando i satelliti sono maggiormente distanziati tra loro è opportuno utilizzare un sub woofer per canale.

Se i satelliti cono molto distanziati e la frequenza di cross-over tra woofer e satelliti è troppo alta c’è il rischio di riuscire ad individualre la posizione del sub-woofer (e questo ha un impatto negativo sulla riproduzione).

Dove va posizionato

La posizione dl subwoofer in un ambiente domestico è un problema di non facile soluzione perché deve soddisfare condizioni in contrasto tra loro. Si deve tenere in conto:

- i modi normali del locale

- la posizione dei satelliti

- la posizione del punto di ascolto

- la distanza relativa tra satelliti, subwoofer e punto di ascolto.

Tutti questi problemi possono oggi essere risolti con un sistema di correzione ambientale (DRC, Dirac, AntiMode, e altri).

Ogni ambiente chiuso presenta dei modi normali. I modi normali, per spegnarsi impiegano del tempo che, se eccessivo, si traduce in “code”. Queste “code” degradano fortementela qualità della riproduzione. Per eliminare quese code ci sono pochi mezzi:

- attenuarle (aumentando il fonoassorbimento)

- non eccitare i modi che le generano

La posizione migliore per un subwoofer in ambiente chiuso è quella che rende minimo il numero di modi normali (risonanze) eccitati. La tabella che segue si riferisce ai modi assiali (quelli che si formano tre due pareti opposte parallele. Le dimensioni della stanza sono x,y e h

Posizione	Modi eccitati
a mezza altezza al centro della stanza	solo i modi di ordine dispari.
a mezza altezza al centro di una parete xh	i modi lungo y
sul pavimento al centro della stanza	i modi lungo h
sul pavimento al centro di una parete x	i modi lungo y e h
Alla confluenza di 3 pareti	tutti i modi normali

La tabella porterebbe a posizionare il subwoofer a mezza altezza al centro della stanza. In alternativa, se i modi normali che generano code sono individuabili, si può posizionare il subwoofer in modo da non eccitare di modi specifici.

Questo posizionamento spesso risulta in contrasto con altre esigenze. I modi normali di un ambiente possono coinvolgere 2 pareti (i più fastidiosi), 4 o 6 pareti. I modi che coinvolgono più di tre pareti hanno maggiori probabilità di trovare sulla loro strada degli ostacoli (per esempio i mobili) che ne impediscono la formazione.

Sub woofer a dipolo

Questo sistema prevede di utilizzare due sub woofer in controfase posti ad una certa distanza uno dall’altro. Se da una parte questo sistema consente di ridurre le risonanze non si deve dimenticare che ciò avviene perché immette nell’ambiente una quantità minore di basse frequenze. Un dipolo di due woofer produce una potenza acustica quasi 3 volte inferiore rispetto ad un singolo woofer. Altre soluzioni prevedono l’uso di tre subwoofer di cui due a dipolo. Questo significa che 2 sub saranno in fase e uno in controfase. Dato che 1+1-1=1 significa che si utilizzano tre woofer per ottenere la potenza acustica di uno solo. In sostanza 2/3 della potenza viene sprecata (riducendo il rendimento nella stessa misura).

Si tratta quindi sistemi costosi, ingombranti e a bassa efficienza. Il miglioramento è dovuto alla minore quantità di basse frequenze immesse nell’ambiente (il dipolo introduce un passa alto del primo ordine che si somma alla pendenza naturale del sistema).

Molto meglio dotarsi di un DRC o anche solo di un equalizzatore parametrico oppure applicare direttamente un filtro passa alto del primo ordine.

Molti utenti, non risuscendo a riprodurre correttamente le frequenze più basse, vi hanno rinunciato passando a sistemi meno performanti. Le stesse case produttrici hanno, nel tempo, sacrificato l’estensione verso le basse frequenze a favore di un incremento della sensibilità

In sostanza quando AR introdusse la sospensione pneumatica si passò da sistemi efficienti ma limitati in basso a sistemi estesi ma meno efficienti. Ora si ripercorre la strada opposta e, invece i andare avanti, si va indietro.

Sub woofer professionali

I sub woofer professionali sono quelli impiegati, per esempio, per gli impianti di amplificazione dei concerti dal vivo all’aperto.

Qui le esigenze sono diverse dalla riproduzione domestica e viene privilegiata la quantità rispetto alla qualità. Uno dei problemi è riuscire a concentrare la potenza acustica nella zona occupata dal pubblico e questo porta ad utilizzare array di woofer e sistemi con direzionalità a cardioide. I sub woofer professionali devono sopportare grandi potenze per lunghi periodi ma non devono necessariamente riprodurre frequenze bassissime: spesso la risposta in frequenza è limitata a 40 Hz.

Dato che le apparecchiature professionali devono essere continuamente spostate (montate e smontate) diventano fondamentali volume e peso (qualità che, in ambiente domestico, sono relative).

Come aggiungere un sub woofer attivo ad un "normale" impianto stereo.

I due condensatori in serie ai "satelliti" funzionano da filtro passa alto. Affinche il condensatori operi efficacemente i satelliti devono essere riemiti con materiale assorbente (per diminuire il fattore di merito e abbassare il massimo del picco di impedenza).