Come realizzare un diffusore dalle pareti curve in totale semplicità – Geonosis Diffusore in Kit do it yourself

“Geonosis; è il pianeta natale dei Geonosiani, nonché uno dei primi ad ospitare la Confederazione dei Sistemi Indipendenti. Il Nido Stalgasin, il più grande di Geonosis, venne comandato da Poggle il Minore, l’arciduca locale, fino alla sua morta, avvenuta alla fine della Guerra dei Cloni. Il pianeta si trova a meno di un parsec da Tatooine. Come quest’ultimo è roccioso e desertico, arso da un sole troppo vicino per consentire la vita in superficie. La principale differenza consiste nella presenza, su Geonosis, di molti anelli. Questi ultimi danno vita è forma alla struttura del diffusore che si carica l’onere di portare il suo nome (Figura 1). Struttura ad anelli complanari ricavati dall’intero pannello di multistrato di betulla marino, tramite taglio CNC. Baffle frontale e posteriore con maschera nera e contro flangia strutturale per una perfetta aderenza al corpo del diffusore. Altoparlanti serie top Scan Speak e Morel, finitura “grezza” e “desertica”, fanno di Geonosis, un diffusore con tante sfumature che porteranno ad un ascolto altrettanto ricco e suadente…almeno a tre parsec da Tatooine ”

Scelta degli altoparlanti del kit Geonosis

Il morel ST1048 (Figura 8 e 9) è un tweeter della serie supreme della casa Israeliana da 108 mm con un’impedenza da 8 Ohm. Il grafico dell’impedenza misurato, attesta un picco centrato ad una frequenza di circa 1.1kHz, 420Hz più alta rispetto il dichiarato (Figura 10). Tale shift in frequenza può essere dovuto a molteplici fattori come la variazione della cedevolezza della membrana, minore rispetto al dichiarato. Nel tempo, la morel, ha saputo migliorare e sviluppare il proprio catalogo con accorgimenti tecnologici come la bobina hexatech istallata su questo modello di tweeter. Tale peculiarità tecnica non è altro che una bobina totalmente realizzata in alluminio, avente una sezione esagonale dell’avvolgimento che la compone. Tale tipologia di bobina riduce i vuoti d’aria fra gli avvolgimenti comportando una totale immersione di quest’ultima all’interno del campo magnetico. I risultati si hanno, in una migliore articolazione e risposta ai transienti, come visibile dalla waterfall misurata che in soli 1.5ms estingue l’energia residua (Figura 11). Oltre alla bobina di sezione esagonale, morel, presta attenzione alla dispersione angolare, curando il fuori asse ed il decadimento all’estremo di banda (Figura 12). La tecnologia IDR (improved dispersion recess) consente una migliore dispersione ed un decadimento uniforme alle alte frequenze, tutto ciò grazie al disegno della membrana e alla progettazione dell’intera struttura elettro-meccanica pensata e realizzata per tale miglioramento. Il tweeter presenta un gruppo magnetico al neodimio che conferisce una sensibilità media di 91dB e per ultimo la cupola della membrana con tecnologia acuflex, un mix di materiali smorzanti che danno vita alla cupola del tweeter. Il costruttore dichiara che tal tipo di tecnologia riesce ad annullare i possibili break-up che si vanno a formare grazie al contro break-up che si andrà a creare, in opposizione rispetto al principale, così da ottenere una vera e propria cancellazione.

Lo scan speak 18w/8531g00 (Figura 2) è un 6” che ha fatto storia nel mondo dell’alta fedeltà. Innumerevoli i costruttori che utilizzano questo altoparlante per i propri progetti. Un mid-woofer dal basso profondo, che se accordato a dovere, regala una gamma bassa estesa e articolata. La membrana è in “carta affettata” o come dichiara il datasheet Scan Speak: “sliced paper cone technology”. A detta del costruttore, tale innovazione tecnologica permette di ridurre i break-up della membrana, grazie anche all’ausilio di colla smorzante all’interno di ogni taglio realizzato. Tali dichiarazioni da parte dei danesi, sono confermate dalla Figura 4 dove viene graficata la risposta in frequenza, esente da break-up in media e alta frequenza. Anche il grafico dell’impedenza in Figura 5 manifesta una buona aderenza con il dichiarato. Il picco massimo di 60 Ohm centrato ad una frequenza di 33.73Hz dove la fase assume il valore di 0°, ci restituisce il dato di frequenza di risonanza dell’altoparlante. Inoltre si nota come il picco misurato rispetto al dichiarato sia leggermente più basso in ampiezza. Tale caratteristica si ripercuote sul valore del fattore di smorzamento meccanico leggermente minore rispetto al datasheet. Il match dei fattori di merito, in maniera inevitabile, differirà dal dichiarato ma comunque le tolleranze sono veramente buone. Il grosso magnete in ferrite da 110 mm, completa la sua “corsa” sul cestello in alluminio pressofuso di ottima rigidità e ampiezza delle razze (Figura 3). Effettivamente, la dimensione in larghezza delle razze del cestello è parecchio contenuta, attestandosi nell’ordine di un paio di cm. In tal modo la ventilazione della bobina mobile è garantita. La sospensione in gomma, al tatto mediamente morbida, è una sospensione a basse perdite. Le misure effettuate rispecchiano quanto dichiarato dalla casa madre, con una buona tolleranza. Anche i parametri di Thiele&Small (Figura 6) vanno in buon accordo con il datasheet confermando l’affidabilità del fornitore. Per ultimo, dando un’occhiata alla risposta nel dominio del tempo, la waterfall (Figura 7) manifesta un buon decadimento fino ai 400Hz per poi presentare un contenuto residuo di energia comunque di ampiezza non preoccupante (siamo nell’ordine dei -93dB rispetto la scala dell’asse delle y. Se si considera il livello assoluto invece che quello relativo, il residuo di energia si trova a -33dB in un range di 40dB).

Disegni cad kit Geonosis

Il diffusore viene proposto in due differenti configurazioni ma sicuramente la più accattivante e interessante e quella rappresentata un Figura 13 e 14. La pianta a “goccia”, palesemente un chiaro riferimento a molteplici diffusori che hanno fatto di questa forma un vero e proprio marchio di fabbrica, oltre alla forma che rallegra la vista dell’utente finale, ha un duplice scopo: il fattore estetico e quello strutturale. Per il primo non servono parole ma solo occhi per guardare, per il secondo è chiaro che il non avere pareti parallele, contribuirà in positivo nell’attenuare il fenomeno delle stazionarie interne.
La struttura del cabinet è formata da anelli complanari incollati l’uno sull’altro a raggiungere l’altezza prefissata per l’ottenimento del volume interno.

La pianta del diffusore come lo si vede in Figura 1 è rappresentata in Figura 15 dove vi è la sezione disegnata per il taglio a controllo numerico. Ogni singolo anello viene ricavato da un foglio di multistrato di betulla da 18mm per poi essere incollato uno sull’altro. Un tal tipo di struttura potrebbe avere innumerevoli vantaggi. Oltre al fattore costruttivo, di tanto semplificato in termini di piegatura delle pareti laterali, si potrebbe avere un contributo in termini di risonanze interne nei pannelli di legno. In linea di principio più e spesso il materiale con cui si realizza il diffusore, più è facile instaurare risonanze interne ai pannelli di legno a frequenza via via decrescete all’aumentare dello spessore. Suddividere il cabinet in più pannelli, ha i suoi vantaggi in termini di vibrazioni e risonanza interne. Nel complesso una struttura solida e pesante che racchiude al suo interno 22.32l che con un coefficiente correttivo del volume di 1.1 si ottiene un volume di 24.40l. Tanto quanto basta per avere un buon connubio fra estensione, impatto e dimensioni compatte. E’ chiaro che un tal tipo di trasduttore con una buona riserva di litri in più poteva garantire una migliore estensione, ma la natura del bookshelf da stand sarebbe andata perduta, ottenendo un diffusore notevolmente più grande.

Dalla Figura 16 è possibile notare come l’andamento a bassa frequenza sia tendente ad un allineamento del tipo Chebyshev con una leggera elongazione nel range di frequenze da 40Hz a 120Hz di circa 4dB. Un tal tipo di andamento garantisce un buon apporto di pressione sonora proprio a quelle frequenze, che in tal caso è stato preferito allo smorzamento assoluto.

Per semplificare la realizzazione del mobile è stata sviluppata una versione del diffusore di forma “canonica”. La Figura 17, 18 e 19 è rappresentato il disegno standard di forma a parallelepipedo che mantiene lo stesso volume interno e condotto d’accordo, dunque frequenza fb del sistema.

Per dare un’idea della resa finale è possibile visionare la Figura 20, dove viene sviluppato un 3D di del diffusore di forma “standard”. E’ chiaro che le prestazione dei due modelli saranno identiche, a patto che si faccia attenzione al tipo di materiale assorbente ed alla quantità che si va ad inserire internamente.
Analizziamo internamente la dislocazione e la quantità e qualità del materiale adoperato (Figura 21). Lungo tutte le pareti laterali viene posto del feltro grigio da 8mm più del poliestere da 2 cm. Le pareti superiori, inferiori e posteriori sono allestite da poliestere da due cm e nulla più. L’impiego di due materiali differenti è giustificato dalla doppia funzione che hanno i due materiali. Il primo (feltro grigio) è più compatto, pesante, a celle strette ed ha una densità superiore rispetto al poliestere che ha una densità minore ed è un materiale a celle aperte. I due materiali posseggono un coefficiente di assorbimento differente, garantendo dunque un assorbimento variegato su un rage di frequenze più ampio. Il feltro, garantisce un buon assorbimento sulla gamma media (anche per via del suo spessore) il poliestere, ripulisce egregiamente la medio-alta.

Caricamento acustico

Il Mid-woofer di casa Scan Speak non ha bisogno di troppi elogi e presentazioni, gode già di ottima fama e reputazione. Sicuramente un trasduttore che se lasciato libero di esprimersi manifesta tutto il suo corpo e capacità di estensione, ovviamente ad un prezzo tutto sommato ragionevole.

Dal match dei parametri rilevati, con circa 35l si raggiunge una fb di 30Hz con buona sensibilità. E’ altrettanto ovvio che in tale sede non è pensabile un tal tipo di impiego poiché si andrebbe a realizzare non più un diffusore da stand ma una mini tower.

Come è possibile notare dalla Figura 1, la simulazione eseguita con LEAP, manifesta una limitata estensione in basso ed un allineamento non del tutto smorzato. Ma a ciò c’è una ragione ben precisa. Come esposto in precedenza, lo spazio a disposizione e piuttosto limitato dunque il volume da conferire al 18 cm non supera i 22.32l netti preventivati in sede di progetto.

L’allineamento in tali condizioni è praticamente forzato ma si chiarirà in sedi di filtraggio la tecnica adottata al fine di far estendere, in maniera del tutto fittizia” il diffusore dalle sinuose curve.

Un tal tipo di accordo e di riflesso di allineamento, conferisce un ottimo impatto ed una buona tenuta in potenza. Il generoso 6.5” presenta una buona escursione, Xmax:6.5 mm che come da figura 2 riesce a restare nel range di linerarità con circa 40W applicati (curva rossa). La curva blu grafica l’andamento dell’escursione dell’aria nel condotto.

Per ultimo la possibilità di simulare la dispersione orizzontale e verticale con l’ausilio del potente calcolatore insito in LEAP. Per facilitarne la lettura, si faccia uso della legenda a fianco del grafico. Si evince quale sia la frequenza utile al fine da incrociare il mid-woofer con il tweeter, sia sull’asse verticale che in quello orizzontale. Per confermare ciò basti pendere il punto a 45° della curva in azzurro a 2.56kHz e leggere l’ampiezza, che corrisponde a quanto misurato nel grafico di risposta in frequenza a 45° del 18W-8531G00

Crossover

Il filtro crossover è rappresentato in Figura 22 dallo schema di principio si evincono i componenti che fanno parte di esso. Lo schema elettrico, composto da un quarto ordine elettrico per il passa basso del mid-woofer, segue la seconda parte del circuito, ovvero la parte di equalizzazione formata da tre celle serie in parallelo al segnale.
Il passa alto del tweeter è composto da una rete di filtro del terzo ordine seguita, come nel precedente caso, da una rete di equalizzazione simile alla precedente. Si è ottimizzato l’andamento nel tempo e la fase del diffusore in modo da ottenere un soundstage il più possibile ampio e realistico. Proprio su quest’ultimo aggettivo, mi soffermo per ponderare e riflettere. La realizzazione e progettazione di Geonosis costa di quasi 2 mesi di lavoro, amabilmente cadenzati da un unico e semplice obiettivo: l’ottenimento di una gamma media naturale e realistica e nello specifico, la resa del pianoforte il più possibile aderente alla realtà. E’ ovvio che non ci si può soffermare su un solo strumento e che la musica dipende da tanti fattori, soprattutto quando viene incisa su supporto. Bisognerebbe conoscere le tecniche di incisione, i luoghi in cui è stata incisa, la tipologia di strumentazione che è stata utilizzata per incidere lo specifico strumento in questione. Purtroppo non abbiamo a disposizione così tanto tempo e così tante informazioni sulla sorgente, per tal motivo le fasi di ascolto e di misura sono state molteplici, cercando di affinare sempre più la resa del diffusore. La serie di celle di equalizzazione poste sul filtro del tweeter ha proprio lo scopo di correggere in maniera chirurgica ogni singola sfaccettatura sonora, tenendo ben a mente che essendo un circuito risonante, esso avrà come noto, una frequenza di risonanza e relativo fattore di merito. Data la dipendenza dal fattore di merito ed i valori che compongono la cella avremo oltre che una variazione del range d’azione anche una variazione d’ampiezza di tale range. Per tal motivo è buona norma monitorare i componenti che si andranno ad installare per dare vita a tali celle e mantenere delle basse tolleranze. La presenza del resistore R per ogni cella ne varia l’attenuazione in funzione del valore stesso di resistenza. Oltre ad una variazione del modulo della risposta in frequenza, vi è anche una significativa variazione dell’argomento, dunque della fase, ed in maniera del tutto analogo per il modulo e argomento dell’impedenza. Bisogna, dunque prestare attenzione al fine di non snaturare o complicare il carico visto dall’amplificatore che andrà poi a pilotarle, magari ottenendo un coefficiente di extra corrente troppo oneroso per il quieto vivere della catena audio. In Figura 23 è possibile vedere i pcb del filtro crossover. Nello specifico vi sono tre schede: due per il passa basso e una per passa alto che andrà a collegarsi con la seconda sceda che si trova nella parte posteriore del diffusore Figura 24. In totale, vi sono dunque 4 schede poiché. Come detto in precedenza è stato sfruttato il concetto di suddividere il filtro in due pezzi, avendo dunque una parte dedicata alla sezione di filtraggio vero ed una parte dedicata alla varie celle risonanti.

Caratteristiche rilevate

La risposta in frequenza in gamma bassa gode di buon smorzamento e una discreta estensione, anche se il 18 cm potrebbe dare di più, qualora si vada ad aumentare il volume a disposizione o la lunghezza del condotto installato. E’ un’esigenza di progettazione, ed una scelta ponderata, quella di ottenere una tale resa in gamma bassa, poiché, come già esposto in precedenza la necessità era quella di realizzare un bookshelf in non più di 25l. La frequenza di risonanza dell’intero sistema si attesta a fb=37Hz, diminuire oltremodo la fb avrebbe portato a lunghezze del condotto proibitive o a chicane degne del gp di Monza. Il Qts misurato si attesta a 0,45 con un Vas di 41.14l ed una fs di 33.738 Hz, per realizzare un allineamento QB3 con tali dati, si andrebbe ad ottenere un diffusore dal volume netto di 40.66l con una fb di 29.6Hz ed un condotto di sezione circolare dalle dimensioni 10*60.7cm. Ovviamente tutto ciò è improponibile per un diffusore da stand che al più deve occupare una superfice di 3600cm2 ovvero la dimensione di una piastrella da pavimento (da ufficio) avente come lato 60 cm. Tali stringenti vincoli progettuali portano ad avere una estensione in gamma bassa fino a f-3dB=50Hz con un allineamento leggermente in salita nell’ottava compresa fra 70 e 140Hz. Proviamo a comprendere a pieno ciò che ci sta dicendo il grafico della risposta in frequenza. L’andamento è calante fino a circa 1kHz per poi risalire in maniera blanda fino all’estremo di banda superiore. Il leggero ripple che si ha in gamma bassa, nonostante il diffusore non possieda una estensione da primato, ci permette comunque di estendere ben al disotto dei canonici -3dB la risposta del diffusore. Proviamo a focalizzare il livello medio di sensibilità nella figura 25, siamo circa a 87dB di media, ma tutto ciò grazie all’andamento prima in discesa, fino a 1kHz, poi troviamo una gobba centrata a 2kHz con un’ampiezza di 3.3dB infine si continua la costante salita fino a 20KHz. Tutto ciò per mettere in evidenza che il livello relativo (nel range fra 400Hz e 4kHz) del diffusore è di circa 85dB per poi aumentare alle estremità superiori ed inferiori. Tal tipo di andamento ci permette di considerare da un lato un maggiore impatto nelle regioni dove la risposta va oltre la retta immaginaria che si traccia sul livello degli 85dB, dall’altro, sempre tenendo a mente la retta immaginaria, possiamo considerare una estensione che si attesta a circa 44.66Hz ottenendo di fatto un’estensione ragionevole per un 18cm. La risposta fuori asse (figura 26) manifesta un chiaro andamento in decrescente ed una totale estinzione del rigonfiamento centrato a 2kHz. Non c’è più traccia dell’elongazione in gamma media, per tal motivo ci si aspetta campo riverberato senza titubanze di sorta.

Il modulo dell’impedenza (figura 27) mostra “l’unico” picco di risonanza a circa 20Hz ed il secondo picco del reflex quasi del tutto spianato. Attenzione però a guardare anche il grafico della fase che non passa per lo zero come teoria vorrebbe. La ragione è da ricercare nel filtro crossover e nel materiale fonoassorbente in maniera decisamente minore rispetto al primo. Sicuramente il filtro crossover cela un qualche tipo di compensazione o cella di equalizzazione che va a toccare proprio la ziona fra 50 e 150 Hz dove era posto il secondo picco di impedenza prima dell’intervento di suddetta cella elettrica. La fase supera appena i -40° dopo la risonanza con il modulo che subito dopo si colloca a circa 5.5Ohm fino a 500Hz. E’ proprio all’interno di questo range di frequenze che è stata trovata la massima condizione di carico, ad una frequenza di 118Hz per una porzione di frequenza abbastanza ristretta, nel range di 70-200Hz. Il coefficiente di extra corrente, testimonia chiaramente l’onere del carico visto dall’amplificatore che si attesta ad una frequenza di 118Hz su 2.08Ohm. La porzione di frequenza tale per cui si manifesta l’abbassamento del modulo di impedenza è abbastanza ristretta e contenuta per poter supportare e sopportare un buon amplificatore a stato solido dall’ossatura ben strutturata comunque un diffusore coriaceo che necessita di una buona riserva di corrente da parte del suo compagno di viaggio.

Nel dominio del tempo la ETC (figura 28) conferma quanto detto in precedenza in fase di “analisi della costruzione”. Il grafico, ben appuntito all’inizio della scala dei tempi, precipita velocemente senza dare segni di incertezze nel giro di 1ms, fa capolino nuovamente a 3ms ma ad un livello talmente basso da non creare problemi.

Segue la waterfall in stretto legame con la ETC (figura 29) in termini di decadimento. Nel giro di 2,5ms si ottiene un decadimento totale nel range di frequenze a disposizione.

Per ultimo la distorsione armonica (figura 30), che manifesta una presenza di seconda armonica altalenante ed una terza armonica costantemente decrescente. In zona di incrocio si nota come la seconda armonica segua l’andamento della risposta in frequenza, decrescendo per un primo intervallo per poi risalire fino all’estremo di banda. Le armoniche 4^a e 5^a navigano in acque tranquille, dai 100Hz in poi siamo al di sotto dei -50dB.