Autocostruzione sistemi acustici

Una delle mie passioni, da ragazzo, erano gli impianti acustici, in particolare l'autocostruzione di casse acustiche Ascoltando quasi sempre la musica mi era venuta la voglia di capire come funzionassero i sistemi acustici, in particolare le casse acustiche.

Ciò che massimamente impatta nella rappresentazione di una scena sonora è la sorgente di emissione delle radiazioni sonore; con questo non intendo assolutamente sostenere che ciò che vi è prima delle casse abbia importanza minore, ben ricordo quanto sono stato affascinato dal sentire suonare il volks amplifier progettato da Bartolomeo Aloia e montato da un mio amico, ma solo che le casse sono la parte più percepibile di una catena sonora.

Tanto per chiarirci, so che la catena acustica, sì come una una banale catena da bicicletta, ha il suo punto debole nel più debole tra i suoi anelli, e, tornando all'acustica, l'anello più debole è la stanza in cui si ascolta la musica!! con buona pace di chi spendeva milioni all'epoca, o migliaia di euro attuali per far suonare il migliore tra gli impianti acustici nel salone degli specchi, quando non si parla dello stanzino delle scope: mai sentito parlare di stazionarie? Tuttavia la dimensione, la forma ed il contenuto della mia stanza, all'epoca in questione, erano dati; mi restava solo la possibilità di agire sulle casse, magari costruendole da me.

Parametri di Thiele & Small

I parametri di Thiele & Small sono le entità che definiscono un altoparlante e permettono di desumere il comportamento dello stesso durante l'utilizzo, nonché di progettare correttamente il sistema di casse acustiche che ne permetta la maggior resa:

I parametri di Thiele & Small di maggiore importanza e maggiormente conosciuti sono:

• Sd : Superficie di emissione
• Mms : Massa dell'equipaggio mobile
• Cms : Cedevolezza meccanica delle sospensioni
• Vas : Volume acustico equivalente alla cedevolezza delle sospensioni
• Rms : Resistenza meccanica della sospensione
• Re : Resistenza della bobina mobile (il più diffuso ed il più inutile dei parametri pubblicizzati)
• Bl : Fattore di forza elettromeccanico
• Xmax : massima escursione dell'equipaggio mobile; uno dei parametri più importanti e meno conosciuti per valutare la resa acustica di un subwoofer
• Fs : Frequenza  di risonanza dell'altoparlante; praticamente nessuno sa quale sia il significato di questo parametro
• Efficienza /  livello:il volume emesso su pannello; utilità? nessuna!!

Sulla base di questi parametri si può decidere come utilizzare l'altoparlante, ovvero come farlo suonare al meglio. I sistemi più usati per montare un altoparlante sono:

• infinite baffle : (pannello infinito) al di là di un modello teorico ha un'ottima resa sui midrange. con il termine infinite baffle si indica anche una cassa chiusa quando il Vb (volume interno acustico, comprensivo dell'aumento virtuale dato dall'assorbente acustico) della cassa è maggiore del Vas dell'altoparlante
• cassa chiusa : sia essa di semplice contenimento acustico (infinite baffle) od una sospensione pneumatica
• cassa reflex : avete presente le casse col buco? il buco è la parte a filo di cassa di un tubo; questo tubo è un risuonatore di helmholtz e serve ad aumentare la risposta sulle basse frequenze.
• carico simmetrico: è la combinazione di una cassa chiusa (sospensione pneumatica) con una cassa reflex
• doppio reflex : due reflex accoppiati
• e così via!

Calcolo casse acustiche

Siccome già ai tempi io ero un programmatore, o per o meno mi credevo tale, realizzai un programma per il calcolo del corretto allineamento degli altoparlanti. Diedi a questo programma il nome di Sub(normal) Woofer Computer Aided Design, noto come SWCAD. Il nome dato al programma indica quanto sapessi di essere lontano dalla verità.
Comunque il programma era qualcosa di assolutamente diverso dal panorama conosciuto dagli autocostruttori del tempo. L'approccio al problema era, se non rivoluzionario, almeno non  dichiarato dagli altri programmi disponibili. I programmi disponibili al tempo (stiamo parlando del 1998 o giù di lì) erano quelli proposti da Fedeltà del suono, ad opera di GianPiero Matarazzo, e da AudioReviw, ad opera di  (AXX... non ricordo il nome, aiutatemi!!) .

L'approccio di questi programmi era comune: disegno il circuito acustico equivalente e poi derivo,a costo di notti insonni, la FDT (funzione di trasferimento).

L'approccio mio era differente. Le mie conoscenze matematiche dei tempi non mi permettevano di calcolare le FTD dei circuiti complessi, e la mia scarsa propensione all'impegno assoluto (sempre ai tempi) mi condussero a scegliere una strada differente. Mentre altri si concentravano a redigere quella che era la la FTD dei vari sistemi acustici e poi iteravano la stessa per calcolare la stessa in ogni punto di interesse, io mi chiesi se il computer non potesse fare tutto il lavoro. Il circuito acustico può essere espresso con la stessa notazione di un circuito elettrico; dato che di tutti i sistemi acustici era reperibile il circuito equivalente acustico, la risposta al dilemma fu presto  trovata. Cambiate le unità di misura il circuito equivalente acustico può essere risolto con gli stessi strumenti atti a risolvere un circuito elettrico. Qual è il sistema più efficiente per risolvere un circuito elettico? Una calcolatrice RPN (reverse polish notation).

Fu sufficiente implementare una libreria RPN che fosse in grado di lavorare con i numeri complessi, cosa banale dato che si aveva una parte reale ed una sola parte immaginaria,  per trasferire tutti gli oneri del calcolo al pc!

I vantaggi non si limitano certo all'evitare di lavorare la notte. Potendo disporre, in ogni passaggio del calcolo, dei valori intermedi e reali del circuito equivalente acustico, diventano possibili alcuni calcoli che non erano in alcun modo disponibili agli altri programmi. Un esempio per tutti, il calcolo della dimensione dei condotti di accordo di un reflex. Perché i condotti di accordo di una cassa reflex non producano sgradevoli fischi si suggerisce che la velocità dell'aria nel condotto non superi il 5% della velocità del suono. Ma come posso sapere a che velocità si muove l'aria nel condotto? Nel circuito acustico equivalente la corrente che attraversa il circuito stesso stesso è indicata come velocità di volume (m³/s), conoscendo questo valore è presto desunta la dimensione del condotto di accordo.

SWCAD [ Sub(normal) Woofer CAD] ed il calcolo delle casse acustiche

SWCAD lavorava desumendo la curva di risposta dell'altoparlante sulla base dei parametri di Thiele & Small dichiarati dal costruttore, si aggiunga a ciò che tali parametri ben difficilmente consentono una rappresentazione realistica del comportamento dell'altoparlante alle alte e medie frequenze. Per questi motivi l'impiego del programma era limitato al progetto dei sub woofer: avete presente quanto costava una scheda di misura della risposta in frequenza ai tempi? Tralascio il fatto che un tweeter, pur non avendo bisogno di una cassa, può farti diventare matto con le riflessioni delle viti di montaggio, cosa ben difficilmente simulabile in un programma!

Misura della risposta in frequenza

La misura della risposta in frequenza dei sistemi progettati con SWCAD ha sempre dato riscontri lusinghieri. Il programma funzionava e funziona alla grande.

Misura dei parametri di Thiele & Small

SWCAD disponeva di un programma accessorio per il calcolo dei parametri di Thiele & Small, tuttavia erano necessari,oltre un circuito autocostruito, un generatore di frequenze, un frequenzimetro, ed un tester,  una buona dose di pazienza. Ora tutto ciò potrebbe essere realizzato con una normale scheda audio.

Quid mihi?

E a me? Arriviamo alla domanda fondamentale: a che serve quanto scritto qui?  Se  hai letto fin qui  mi sa che sei appassionato quanto ero io: ho bisogno del tuo supporto morale e fattivo (una buona notizia: NON ti chiedo soldi).

mi serve:

• un esperto di elettronica : per realizzare il circuito di misura dell'impedenza di un altoparlante al fine del calcolo dei parametri di Thiele & Small
• un esperto di acustica : capace di correggere gli errori di progettazione del software
• un esperto di acustica : capace di fornire le risposte in frequenza misurate (e non calcolate) degli altoparlanti

Conclusioni

Per il momento voglio sfruttare la poca notorietà del mio sito per sapere se vi è qualcuno interessato alla progettazione e costruzione di sistemi acustici. Se otterrò un riscontro pubblicherò una serie di articoli divulgativi (ma seri), gli schemi dei circuiti elettrici e riscriverò il programma di misura degli altoparlanti e di calcolo delle risposte in frequenza. Ovviamente voglio scrivere qualcosa di serio che funzioni realmente e che sia utile, pertanto fatemi sapere.

Scrivi un commento, manda una mail

Scrivi un commento, manda una mail, metti un link nel tuo sito: insomma fammi sapere se sei interessato al programma, a contribuire o solo a leggere. quel che vuoi ma dammi una risposta! sulla base dell'interesse suscitato deciderò se proseguire o meno nell'opera.




ciao,
marco