Hatt TBS (Tang Band Seas) – mini diffusori a 2 vie

Come non inaugurare questa sezione Diy&Kit se non con un bellissimo progetto realizzato da Salvatore Giannotti, le Hatt TBS vincitrici del VIII Contest CHF Nazionale per autocostruttori Hi-Fi. Riconosciuti da molti come un ottimo bookshelf dall'ottima timbrica senza nessuna colorazione e da una gran gamma medio alta. Complimenti Salvatore entri con merito in questa sezione, spero il più ricca possibile. Altra cosa degna di nota è il blog di Salvatore, ricco di articoli molto interessanti, in particolare rilievo, a mio parere, un ottimo tutorial sulla calibrazione di Arta.

Buon Lavoro!!!!

Introduzione

Si tratta di due mini diffusori a due vie derivati dalle Hatt di http://www.humblehomemadehifi.com/

Dopo l'ottimo risultato ottenuto con le Hatt SS ho deciso di realizzare una versione con componenti più economici ma più evoluta dal punto di vista tecnico/realizzativo, cercando di fare tesoro degli errori commessi con la prima versione.

Vi anticipo che le Hatt TBS hanno ottenuto ottimi consensi da tutti quelli che le hanno ascoltate.

Si sono anche aggiudicate il primo premio nella categoria “Pesi leggeri” (spazio quindi ai diffusori bookshelf ) nell’VIII Contest CHF Nazionale di Autocostruzione HI-FI.

Intanto vi presento i protagonisti:

Tweeter Tang Band 25-669C

Mid-woofer Seas Prestige L12RCY/P 

Progetto

Affrontiamo ora tutti i temi progettuali e le simulazioni effettuate prima della realizzazione.

Bass Reflex

l box è in bass reflex di circa 5 litri, frequenza di accordo 63Hz:

Assorbente in quantità media:

Condotto di accordo da 35mm di diametro e 100mm di lunghezza:

Simulazioni:

Come si può vedere non possiamo fare miracoli e la fisica non è un’opinione! 

Non possiamo attenderci i 20Hz in flat da un wooferino di 12cm, ma non è neppure questo il senso di un mini diffusore.

La risposta è accettabile fino a 60Hz e questo ci garantisce, comunque, un buon risultato rapportato al diametro nominale dell’altoparlante e all’ingombro minimo del diffusore.

Nascono per sonorizzare ambienti medio-piccoli. La stanza tipo è il classico studio da 10-12mq. In ogni caso, grazie ad un attento posizionamento possiamo guadagnare qualche dB in gamma bassa avvicinando i diffusori alla parete posteriore e/o laterali.

Stazionarie

Le dimensioni del box soddisfano il rapporto dimensionale di “Louden”, il fenomeno delle stazionarie interne è quindi ridotto ai minimi termini.

Per di più le stazionarie ricadono a frequenze medie e possono essere eliminate del tutto grazie all’assorbente acustico.

La formula che ci permettere di conoscere la frequenza dell’ onda stazionaria (tra due superfici riflettenti parallele) che si produce in un materiale (o in aria) di dimensione prevalente D è

F (Hz) = V (m/s) / 2D (m)

dove V è la velocità di propagazione del suono (dipendentemente dal materiale attraversato). Nel caso dell’aria V = circa 344m/s.

Quindi, considerando le tre coppie di pareti parallele, si ha

F1 = 344 / 2*0,248 = 344 / 0,496 = 693 Hz

F2 = 344 / 2*0,13 = 344 / 0,26 = 1323 Hz

F3 = 344 / 2*0,18 = 344 / 0,36 = 955 Hz

Diffrazioni ai bordi

Andiamo avanti con le simulazioni e affrontiamo il tema delle diffrazioni.

Obiettivo è quello di ottimizzare il posizionamento degli altoparlanti per minimizzare l’effetto delle diffrazioni del pannello sulla risposta in frequenza.

Posizione tweeter centrale, è evidente un bel buco di quasi 3 dB a 3,5KHz:

Decentrando il tweeter a sinistra di pochi cm, restano solo piccole e normali ondulazioni (meno di 1 dB):

Per il woofer, invece, la posizione simmetrica non causa alcun problema:

Le simulazioni per il box sono state fatte con BassBox Pro.

Quelle sulle diffrazioni con The Edge.

Offset

L’offset verticale, è lo scostamento dei centri di emissione sul piano verticale.

Quello orizzontale, detto anche di profondità è invece lo scostamento dei centri acustici degli altoparlanti sul piano orizzontale.

Date le dimensioni ridotte di questi diffusori, non vedo particolari problemi riguardante l’offset verticale e di conseguenza dovremmo ottenere una buona dispersione, verificabile dopo le misurazioni con il diagramma polare verticale.

L’offset orizzontale è causa di un disallineamento temporale.
Per assicurarci la giusta coerenza di fase acustica bisognerebbe allineare perfettamente i centri acustici.

Al fine di minimizzare l’offset orizzontale e verticale, avvicinerò il Seas il più possibile al tweeter con una leggera sovrapposizione in modo da prendere due piccioni con una fava!

L’idea è di avvicinare i due centri di emissione il più possibile con il minimo sforzo e poi “curare” eventuali problemi di fase mediante il passivo.


Dimensioni

Le dimensioni esterne sono:

i pannelli che occorrono sono:

Il centro del tweeter si trova a 7,5 cm dal top e a 6,5 cm dal lato corto. Il centro del woofer si trova a 10 cm dalla base e centrato orizzontalmente (8,1 cm dal lato).

Il reflex posteriore si trova a 7 cm dal top, e centrato orizzontalmente (8,1 cm dal lato).

Note
- Le misure non tengono in considerazione lo smussamento degli spigoli anteriori, effettuati a posteriori per ragioni estetiche.
- Ho ribaltato la cassa per trovarmi i pannelli interi frontalmente così da avere la superficie regolare senza giunture… un piccolo trucchetto che faciliterà le cose in fase di finitura.

Realizzazione Prototipo

Che ne dite di passare alla pratica?
Ora ci serve un prototipo per le misurazioni e vedere di quanto il simulato si discosta dalla realtà.
Tagliamo il legno con la nostra bella sega da banco, foriamo i due pannelli frontali con le nostre frese a tazza…… e già che ci siamo, usiamo anche la nostra fantastica fresa verticale per l’incasso dei tweeter.

Ecco il risultato:

Accorgimenti particolari

L’obiettivo è quello di combattere l’effetto “medio intubato” dato dallo spessore del pannello. Nella mia precedente realizzazione (Hatt SS) ho usato pannelli di 19mm senza alcuna attenzione a questo argomento. Come risultato ho ottenuto un CSD non molto soddisfacente per un mini diffusore.

Questa volta ho deciso di utilizzare un pannello da 16mm. Lo spessore ridotto, però, non è sufficiente. Ho voluto anche fresare il pannello posteriore per asportare altro materiale e lasciare più aria al Seas.

Ho prima di tutto forato il pannello nei punti di fissaggio del woofer, quindi, disegnato a matita la zona da asportare. Nei punti di ancoraggio lasciamo più legno in modo da lasciare grip sufficiente per le viti:

Ora riprendiamo la nostra simpaticissima fresatrice (prestate sempre la massima attenzione con questo elettroutensile, è molto pericoloso in caso di disattenzione) e fresiamo la zona a mano libera… risultato una bella “margherita”! 

Già che ci siamo asportiamo anche un po’ di materiale in corrispondenza dei terminali del tweeter. Il lavoro sui primo baffle è terminato.

Entrambi i pannelli sono pronti:

Vista posteriore del Seas:

Assemblaggio

Ho scelto di inaugurare la mia nuova guida per tassellare, non tanto per la tenuta meccanica, quanto per fare un po’ di esperienza con questo nuovo strumento e per velocizzare le operazioni di incollaggio dei pannelli.

I pannelli sono pronti:

Prove di assemblaggio:

Incollaggio

Poverine sono un po’ sotto pressione! 

Fonoassorbente

Per il fonoassorbente ho scelto due prodotti della Mappy Italia in modo da agire su uno spettro di frequenze più ampio e diversificato.

Sono ampiamenti diffusi e si trovano anche presso Leroy Merlin.

Bugnato da 30mm (1mx1m prezzo circa 11€):
http://www.mappyitalia.com/template.php?pag=18246&id_cat=3&id_sotto_cat=12&id_nm=27&pagina=1

Coefficiente di assorbimento:

Materassino di fibra di poliestere da 50mm (1mx1m prezzo circa 17€):
http://www.mappyitalia.com/template.php?pag=18246&id_cat=3&id_sotto_cat=13&id_nm=31&pagina=2

Coefficiente di assorbimento:

Attenzione i grafici si riferiscono ai nostri prodotti ma di diverso spessore.

Bene, siamo pronti per l’applicazione.

È molto importante fissare il fonoassorbente alle pareti e non lasciare che sia libero di muoversi.

Per questo useremo del semplice biadesivo per moquette che si adatta benissimo allo scopo:

Mi preparo a montare gli altoparlanti in cassa, naturalmente utilizzando una guarnizione al neoprene per evitare spifferi:

Il prototipo è pronto!

Misure

Si parte con le misure!

Il mio setup di misura:
http://sasachess.altervista.org/setup-arta-software/

Una mini-guida di calibrazione di ARTA:
[/img]http://sasachess.altervista.org/setup-arta-software/calibrazione-arta/

Cominciamo con le misure più semplici.


Misura di impedenza

Impedenza Tang Band 25-669C

Impedenza Seas L12RCY/P in aria libera:

Impedenza Seas L12RCY/P misurata in box:

Ho misurato l’impedenza di entrambi i tweeter per verificare le tolleranze tra i due componenti, direi che non ci possiamo lamentare:

Misura di risposta in frequenza

Misure Seas L12RCY/P

Partiamo con il woofer Seas L12RCY.

Ho posizionato il microfono ECM8000 in asse nel punto medio tra tweeter e woofer come consigliato da Vance Dickason in “La progettazione dei diffusori acustici “.

Ecco come si presenta la misura dell’impulso, con i marker settati:

Risposta in frequenza in campo lontano (70cm – gated):

Risposta fuori asse 45° in campo lontano (70cm – gated):

Misura in campo vicino in asse al woofer:

Campo lontano + Campo vicino:

Merge Campo lontano + Campo vicino + risposta del reflex:

Considerazioni

Da comune autocostruttore, non disponendo di camera anecoica, ho effettuato le misurazioni in ambiente domestico. Ho scelto un orario notturno in modo da minimizzare il rumore di fondo.

Dobbiamo, però, fare i conti con le riflessioni ambientali. Questo non è un problema perché è possibile finestrare l’impulso, semplicemente posizionando il marker rosso appena prima delle riflessioni ambientali. Questa semplice operazione, da un lato ci consente di ottenere una risposta simile a quella che si otterrebbe in camera anecoica, dall’altro sottrae informazioni alla risposta in bassa frequenza. Per questo è necessaria anche la misura in campo vicino.
Ricapitolando, la risposta FF (Far Field – campo lontano) è attendibile da una certa frequenza in su; mentre la risposta NF (Near Field – campo vicino) è attendibile da una certa frequenza in giù.
Se fondiamo le due risposte a partire da questa frequenza otteniamo una risposta ragionevolmente completa ed attendibile.


Cumulative Spectral Decay

A partire dalla misura NF del Seas L12RCY, ho prodotto il grafico CSD

Come anticipato in precedenza, questa è la prova del nove che tutto il lavoro fatto per prevenire l’insorgere di onde stazionarie e/ colorazioni è andato a buon fine.

Il decadimento è molto regolare ed anche veloce, in meno di 3 millisecondi siamo a -40 dB.

Diffidate da chi vi propone CSD limitate a -25 dB… significa che ha qualcosa da nascondere lì sotto!

Non c’è presenza di picchi anomali (risonanze/stazionarie) se non i due picchi stretti ed evidentissimi sopra i 9 KHz. Vi presento il break-up della membrana in alluminio!

Sono tipici del materiale, e quello a 9 KHz è pericoloso e va “curato” a dovere per non compromettere la gamma alta delle nostre Hatt TBS.
Questo è il motivo per cui alcuni autocostruttori aborrono le membrane in metallo preferendo quelle in carta trattata (con break up molto più smorzati e contenuti).

Ma avevo voglia di sperimentare sulla mia pelle, non mi piacciono i dogmi e non assumo posizione per sentito dire.


Misure Risposta Tang Band 25-669C

Ho finestrato l’impulso in questo modo:
- marker giallo (inizio finestra) a 7,958 ms per escludere il tempo di volo dalla misurazione della fase acustica;
- marker rosso (fine finestra) prima della prima riflessione.

Il Gate è di quasi 4 ms.

N.B. Il primo marker, bisogna settarlo sempre allo stesso punto sia per il tweeter che per il woofer senza spostare il microfono tra una misura e l’altra. Solo in questo modo ci assicuriamo una misura di fase corretta!

Risposta in frequenza del tweeter quasi in asse:

Risposta a 45° sul piano orizzontale (lato corto):

Che bella sorpresa!

Una risposta molto lineare ed estesa. Difficile ottenere una risposta del genere con il tweeter montato in cassa – non su pannello IEC – e soggetto alle diffrazioni del baffle.
Il nostro lavoro di ottimizzazione con The Edge ha portato ottimi frutti!

Distorsioni

Altra misura importante è quella delle distorsioni, effettuata con STEPS.
Prendete con la dovuta cautela il risultato di questa misura. Dipende moltissimo dalla strumentazione, dai livelli, dalla calibrazione. I risultati non saranno esatti in termini assoluti, ma ci danno comunque un’idea delle prestazioni di questi tweeter:

Come potete vedere voi stessi, sotto i 2 KHz i tweeter sono inutilizzabili per le distorsioni troppo alte. Tra i 2 KHz ed i 3 KHz abbiamo le distorsione di seconda armonica ad un livello accettabile, purtroppo quelle di terza armonica, sono ancora inaccettabili. Sopra i 2,8 KHz le distorsioni di terza armonica calano visibilmente.

Progettazione Crossover

Per non generare confusione, evito di riportare la cronistoria completa con le varie versioni e simulazioni di tutti i crossover sperimentati. Andiamo subito alla versione definitiva.

Questa versione del filtro nasce dall’idea geniale dell’amico Fernando Micelli e dalla sua gentile collaborazione.

Fernando ha scritto:

<< La prima cosa da salvaguardare al massimo è la sensibilità del mediobasso, già bassa in partenza, cercherei quindi di optare per un crossover semplice e con il minor numero di parti nella cella del Mw.

Qui vediamo il Seas filtrato semplicemente da 0,85 mH in serie e 7 µF+2,2 Ω in parallelo

La R da 2,2 Ω smorza il fattore di merito della cella passabasso. In pratica regola la pendenza della risposta del midwoofer nella zona dai 2.000 ai 3.000 Hz circa.

Pare ben regolare, dobbiamo solo spianare la irta guglia.

Come?

Ecco l’ideuzza!

Per ” l’uccisione ” utilizzeremo un semplice, innocuo condensatorino da… 0,33 µF !

Non ci credete?

Avete ragione! Infatti avrà un complice: un resistore da ben 1 Ω.

Dove ho messo lo 0,33 µF?

L’ho messo in serie alla 1 Ω e tutti e due in parallelo alla induttanza da 0,85 mH del W!

Così facendo tale induttanza, mentre continua a svolgere il suo bravo lavoro di filtro
passa-basso, ad un certo punto entra a far parte di una potente cella (anti) risonante
centrata proprio a 9.000 Hz grazie al valore del cond. 0,33 µF.

Risultato: “picchicidio” perfetto!

E senza intaccare il modulo d’impedenza.

Ora cerchiamo di sistemare il Tw.
Bello, lineare e dall’impedenza facile facile.

Per realizzare un buon incrocio una regola non scritta ma spesso vincente è quella di rendere più possibile speculari i fronti delle curve acustiche.

Stimando ad occhio la pendenza del taglio imposto al Mw credo che ci occorrerà un III ordine sul Tw. >>


Dopo ulteriori ottimizzazione, in particolare, delle fasi acustiche; qualche prova di ascolto, e qualche ritocco qui e là, ecco la versione definitiva del filtro:

L'incrocio avviene a 2,8 KHz con pendenza del IV ordine acustico Linkwitz–Riley.

Lista componenti
R1 2,2 ohm 10 watt
C1 4,7 uF polipopropilene
L1 0,22 mh in aria diametro filo 0,71 mm
C4 8,2 uF poliestere

R3 1 ohm 5 watt ceramica
C5 0,33 uF polipopropilene
L2 0,85 mh in aria diametro filo 1,32 mm
C3 6,8 uF poliestere
R2 2,2 ohm 5 watt ceramica

Il modulo di impedenza è sempre sopra i 6 ohm

Realizzazione crossover

Finiture

Per una buona verniciatura è essenziale la fase di preparazione che prevede i seguenti passi:
1. Sgrossatura con carta vetro con grana via via più fine;
2. Applicazione a pennello del fondo turapori (2 mani molto diluito);
3. Leggera sgrossatura;
4. Rifinitura con carta vetro, grana 220;
5. Lisciatura con carta vetro, grana 400.

Al termine vi ritrovate con le casse molto lisce al tatto.

Solo ora è possibile verniciare. Ho usato un paio di bombolette spray per cassa.
Molte mani sottili a circa 30 cm di distanza per evitare colature. Preferibilmente cambiare il verso tra una mano e l'altra in modo da avere tanti strati incrociati. Far passare almeno un paio d'ore tra una mano e l'altra.

Lo spray che ho utilizzato è molto comodo.. da un effetto semi-glossy senza bisogno della mano di trasparente.

Angoli smussati a 45°

Carteggiate con carta di varie grane, usando una levigatrice

Applicazione del fondo alla nitro

Lisciatura

Verniciatura

Cablaggio

Finite!

Contattare il progettista:  http://sasachess.altervista.org/contatti/