[Autocostruzione] Crossover passivi nell'era del DSP

Ed eccoci giunti, caro lettore, alla parte più spinosa di questa serie di articoli: la fatidica misurazione! In caso ve la foste persa, ecco la Parte I.

Attrezzatura di base

Per registrare la risposta dei nostri diffusori e altoparlanti, avremo bisogno di un microfono omnidirezionale sufficientemente accurato (non avrete bisogno di un microfono da studio, i vari Omnitronic Dayton Audio UMM-6, UMIK-1, ecc...saranno adeguati), un treppiede, un amplificatore - anche economico, il Fosi V3 o simili andranno benissimo -, un PC e possibilmente un DAC, anche super economico.

Per chi desiderasse andare oltre la misurazione della sola risposta in frequenza, un tester come il Dayton Audio DATS V3 ci permetterà di misurare anche l'impedenza degli altoparlanti nel box e di ottenere rapidamente i parametri Thiele e Small dei nostri driver. Se riesci a trovare i file di impedenza (ZMA) dei tuoi altoparlanti e sei alle tue prime costruzioni potrai procrastinare la spesa ma...non è raro che colleghi autocostruttori rinnovino il loro parco strumenti, quindi, se ti capita di trovarlo usato, ti suggerisco di aiutare il nostro collega a liberare un po' di spazio dal suo laboratorio.

I software di misurazione sono numerosi ma se sei alle prime armi, il mio consiglio è di iniziare da REW (Room EQ Wizard). Gratuito e versatile supporta i file di calibrazione microfoni, rendendone possibile l'uso anche come fonometri. È il programma di misurazione più intuitivo e maneggevole, inoltre, alcuni volontari hanno messo a disposizione tutorial chiari e tradotti in varie lingue. Dopo aver preso la mano con REW, ti suggerisco di provare ARTA.

Metodi di misurazione di un diffusore

Anche senza una camera anecoica, è possibile ottenere misure discretamente affidabili, dovremo però porre attenzione al posizionamento di diffusore e microfono e alle superfici riflettenti intorno a essi. Le misurazioni che vado a illustrarvi devono essere realizzate con gli altoparlanti già inseriti nei box che avremo amorevolmente progettato e costruito. Ci sono diversi modi per misurare i nostri diffusori, i più semplici sono:

Misurazione all'aperto su stand sollevato diversi metri dal terreno: sarà necessario un supporto stabile e il più alto possibile per sostenere il diffusore e un treppiede altrettanto alto per il microfono. Pioggia e vento permettendo, è un metodo efficace e affidabile. A titolo di esempio, ipotizzando un'altezza di 5 metri dal terreno, e una distanza pari da altri muri e grandi oggetti, possiamo misurare la risposta in frequenza con discreta precisione a partire da circa 70Hz, aumentando le distanze, aumenta proporzionalmente anche la precisione alle basse frequenze.

Infine c'è il compromesso, se la vita è fatta di compromessi, anche noi autocostruttori dovremo accettarne qualcuno. Misurare il diffusore in ambiente sfruttando la tecnologia. È il metodo più semplice ed è quello che vado a illustrarti. Iniziamo!!!

La misurazione gated in ambiente

Posiziona il tuo diffusore al centro di una stanza il più lontano possibile dalle pareti e da grandi oggetti riflettenti, con una distanza minima da questi di 1 metro. Sollevalo da terra almeno un metro se è un bookshelf, 50 cm se è una torre usando uno stand, una pila di libri o qualsiasi altro supporto stabile. Collega il primo altoparlante da misurare all'uscita di un amplificatore (spento), utilizzando semplici cavi con morsetti a coccodrillo o qualsiasi altro sistema che garantisca un contatto saldo e stabile tra i componenti. L'ingresso dell'amplificatore deve essere collegato all'uscita audio del PC o, meglio, a un DAC collegato a sua volta al computer. Infine, collega il microfono di misura al PC.

Il microfono, deve essere sostenuto da un treppiede, accrocchi mal arrangiati non funzionano o ti faranno perdere un sacco di tempo, il costo di un'asta da microfono si aggira intono ai 20 euro. Per catturare il suono diretto del driver limitando le riflessioni, il microfono deve essere posizionato anch'esso il più lontano possibile dalle pareti (minimo 1 metro), in asse con il tweeter e a 1 metro dal diffusore. Considerando le distanze minime di sicurezza tra diffusore, microfono e pareti circostanti, la misurazione richiede un spazio libero da ostacoli di minimo 3 metri per garantire una finestra temporale sufficientemente pulita.

Una volta aperto REW, clicca su Preferences in alto a sinistra. Si aprirà la finestra che puoi visualizzare in basso. Scegli il dispositivo di output, in questo caso ho selezionato l'uscita PC, non è certo lineare, ma se proprio non disponi di un DAC, userai questa. Infine, assicurati che il segnale venga inviato all'uscita dell'amplificatore (in questo caso R) a cui hai effettivamente collegato l'altoparlante. Chiudi il menù.

Ora clicca sul pulsante Measure si aprirà la finestra che vedete in basso, seguite le istruzioni che sono evidenziate nell'immagine. Impostate la misura SPL (Sound Pressure Level) e regolate il range di frequenze dello sweep: il segnale inviato all'altoparlante per la misurazione. Se l'altoparlante che stiamo misurando è un tweeter o un midrange impostiamo un valore minimo più alto dei canonici 20Hz perché vogliamo proteggerlo da un'escursione eccessiva, inutile e dannosa. Per proteggere il componente, inoltre, la misurazione deve essere effettuata a un livello di pressione sonora (SPL) contenuto (vedi sotto). Se un tweeter ha una fs di 800 Hz, è prudente estendere lo sweep a partire da circa 1000 Hz, assicurandosi che il volume di test non sia elevato. Chi ha particolare paura di bruciare il tweeter inserisca un condensatore non polarizzato di protezione in serie al segnale - tra + dell'amplificatore e + del tweeter - da 20 µF, creerà un filtro passa-alto da 1000 Hz per un tweeter da 8 ohm e 2000 Hz per un tweeter da 4 ohm. La frequenza massima potrai sempre lasciarla a 20 kHz.

Se disponete del file di calibrazione del microfono (Dayton Audio UMM-6 o MiniDSP Umik 1 e 2 li hanno), caricatelo tramite l'opzione Calibration Files. Se il vostro microfono non dispone di file di calibrazione, ricordate che per leggere un valore di pressione reale (dB SPL) dovrete prima calibrare il sistema con un fonometro esterno. Prima di avviare la misura, utilizzate il pulsante Check Level: il software vi confermerà se il livello del segnale è adeguato rispetto al rumore di fondo della stanza. In ogni caso, mantenete basso il volume dell'amplificatore prima di eseguire questo controllo. Infine, verificate un'ultima volta le impostazioni e cliccate su Start.

E adesso... il caos più totale... Perché abbiamo la misura dell'altoparlante più la stanza con le sue riflessioni. Dalla nostra abbiamo però uno strumento raffinato per risolvere questo problema: il gating! è uno strumento che ci permette di isolare la risposta diretta: escludendo dalla misura i segnali che arrivano al nostro microfono dopo un certo intervallo di tempo, le riflessioni per l'appunto, espresso in millisecondi. È importante capire questo passaggio perché ti permetterà di usare il gating a seconda del contesto ambientale in cui misurerai: il suono impiega 2,92 ms a compiere il tragitto di 1 metro. Se il diffusore è a 1 metro dalle pareti la sua riflessione più diretta tonerà al diffusore dopo circa 5,8 ms: 1 metro per arrivare al muro (2,92 ms) e 1 metro (altri 2,92 ms) per tornare al diffusore; ora hai capito perché le distanze che ti ho detto di mantenere erano di 1 metro. Aprendo la finestra (Right Width) per 5 ms le riflessioni saranno escluse dalla nostra misura. Clicca sul pulsante indicato dalla freccia IR windows, e imposta come nell'immagine i tre parametri cerchiati in rosso. Infine clicca su apply windows to all.

WOW!!!!!! Abbiamo eliminato le riflessioni - almeno gran parte di esse - dalla nostra misura!!! Impostando correttamente Ref Time, Left Width e soprattutto Right Width, si ottiene una misura pseudo-anecoica della risposta in frequenza dell'altoparlante o diffusore in una stanza domestica, accettando però il vincolo dell'esclusione delle basse frequenze dalla nostra misura.

Considerazioni

La misurazione dei bassi rappresenta il limite delle misure gated in ambiente. Un aspetto critico di questa metodologia è che non possiamo rilevare il baffle step: un fenomeno per cui, scendendo in frequenza, il diffusore irradia progressivamente il suono in tutte le direzioni invece che solo frontalmente, riducendo il livello rilevato sull'asse del diffusore. Tuttavia non è sempre necessaria una rete per compensarlo: il rinforzo delle basse frequenze dovuto all'ambiente, come il posizionamento dei nostri diffusori vicino alle pareti, spesso lo mascherano. Per questo buona parte dei diffusori commerciali non lo integrano, oltre che per ridurre costi e perdita di sensibilità del diffusore.

Quello che dovremo fare è unire le due misurazioni. Effettueremo l'integrazione delle due curve nello spazio in cui le due misure coincidono, tipicamente intorno ai 3-400 Hz, l'area di transizione. Il metodo più semplice e rapido è il seguente: seleziona le due misure nella finestra ALL SPL, clicca sul pulsante Actions -> Align SPL usando come centro di allineamento una frequenza all'interno dell'area di transizione.

Una volta allineati i livelli delle due risposte selezionerai trace arithmetic Merge B (la misura ground plane) + A (la misura gated in casa) a quel punto selezionerai la frequenza dove far incrociare queste due curve e otterrai una risposta in frequenza accurata.

Quando avrai preso confidenza con questo metodo, potrai aggiungere la misurazione del reflex qualora tu abbia deciso di impiegare questo caricamento. Inoltre, sarebbe un'idea eccellente misurare il nostro altoparlante da diverse angolazioni. Ma come possiamo fare noi, poveri autocostruttori con budget limitato? Be', per questo dovrete aspettare il quarto articolo dedicato ai consigli per la costruzione. Il mio suggerimento è quello di procedere per gradi in modo da acquisire passo dopo passo ma solidamente le vostre competenze e...non preoccupatevi potrete divertirvi molto nella costruzione del vostro primo diffusore interamente progettato da voi, anche senza misurare cosa succede nei bassi. Potrà essere l'ascolto nel vostro ambiente, dopo un attento posizionamento e/o misurazioni successive a dirvi se sarà necessario un ritocco al vostro crossover, che potrete fare tranquillamente in un secondo momento. Ma adesso dobbiamo fermarci qui caro lettore. Non spegnere il computer perché ci servirà tra poco per progettare il crossover!!!

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Crossover passivi nell'era del DSP

Mini-guida per autocostruttori: La misurazione - Parte II

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La misurazione gated in ambiente

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