Cassa chiusa 15"+6"

Questo progetto nasce un po' per la necessità di dotare il contrabbasso elettronico di una cassa adeguata sia per provare il risultato anche con il basso dell'accoppiamento di un 15” in cassa chiusa con un larga banda da 6” al posto del classico tweeter.

Caratteristiche di progetto

Un 15” da solo ha una risposta necessariamente limitata sopra i 1500 Hz, e la dispersione peggiora a frequenze nettamente inferiori, in Fig. 1 la risposta in frequenza tipica di un 15”, curva rossa in asse, curva grigia a 30°.

Fig. 1 risposta in frequenza tipica di un woofer 15"

Quindi si ritiene in genere opportuno estendere la risposta in gamma alta e spesso si fa con un Tweeter.

Ma per ottenere un risultato adeguato sia in estensione che in dispersione è necessario un altoparlante che si possa incrociare con il Woofer sotto i 1000 Hz, e nessun tweeter è adatto a ciò: praticamente tutti i Tweeter hanno la risonanza fra 800 e 1500 Hz, e far riprodurre ad un altoparlante qualsiasi una frequenza inferiore alla risonanza e per di più con una certa potenza significa destinarlo ad una morte prematura.

So che ci sono molte casse che accoppiano un Tweeter ad un 15”, ma a mio parere non è una buona soluzione in quanto il Tweeter deve essere tagliato almeno a 2000 Hz, e a 2000 Hz qualsiasi 15” non ha una risposta accettabile sia in termini di livello che soprattutto di dispersione.

Sui Tweeter piezoelettrici non serve spendere parole, a mio parere sono adatti al massimo a riprodurre le frequenze ben oltre i 5000 Hz, anche per problemi di qualità.

Un incrocio ottimale con un 15” si ottiene a mio parere con un 5” o un 6”, e deve essere a frequenza bassa, attorno ai 500 Hz, dove la dispersione di entrambi è simile e quindi la resa è uniforme a qualsiasi angolazione rispetto all'altoparlante.

Un 6” adatto a questo uso deve avere una ottima tenuta in potenza e una buona estensione in alto, ma in una cassa per basso o contrabbasso 10 kHz è una estensione ampiamente sufficiente: avendo già utilizzato il Ciare PW160 in altra occasione, accoppiato ad un Eminence 12”, la scelta è stata automatica.

In Fig. 2 il PW160 e le specifiche tecniche: un altoparlante di ottima fattura, con un magnete potente (e decisamente ben dimensionato) e una eccellente risposta fino a 10 kHz.

Fig. 2 caratteristiche del PM160 (dal catalogo Ciare)

In questo progetto ho scelto prima l'altoparlante per la gamma alta, poi il Woofer.

Con altoparlanti con queste caratteristiche non serve un crossover complesso, data la robustezza del PM160 un filtro a 6 dB/ottava (elettrico) è più che sufficiente, anche perché il “midrange” è in box chiuso di piccole dimensioni, che alza la frequenza limite inferiore, quindi la risposta acustica risultante si avvicina ai 12 dB/ottava sotto i 300 Hz.

Quindi è sufficiente un induttore da 3 mH in serie al woofer e un condensatore da 50 μF in serie al midrange.


Caricamento del Woofer

Avendo deciso di privilegiare la nitidezza della risposta a scapito di qualsiasi altra considerazione, dimensioni comprese, ho deciso per la cassa chiusa.

Oggi nei cataloghi dei costruttori sono rimasti pochi altoparlanti adatti alla cassa chiusa, la maggior parte dei prodotti è adatta a casse reflex.

Dopo varie ricerche sono approdato al Fane Sovereign 15400LF, in Fig. 3 (la risposta in frequenza è in Fig. 1).

Fig. 3  il woofer Fane Sovereign 15400LF

Come si vede un altoparlante dal magnete non molto grande: per un altoparlante adatto alla cassa chiusa il Qts non deve essere basso, quindi il magnete non deve essere enorme, ciò riduce sia il costo che il peso.

Il Sovereign 15400LF esibisce un Qts pari a 0,57 con un Vas di circa 210 dm3 e, caratteristica importante, una Xmax di 4,6 mm, un valore di tutto rispetto per un 15”, che associato ad una potenza nominale di 400 W (A.E.S.) permette di sonorizzare … uno stadio.

Cassa chiusa quindi: la simulazione con BASS-PC, ponendo un Qtc = 0,8 come obiettivo; 0,8 è un valore ottimale a mio parere per coniugare nitidezza ed estensione.

In Fig. 4 il risultato della simulazione e in Fig. 5 la risposta in frequenza calcolata, con assorbente acustico.

Fig. 4 simulazione con BASS-PC: caratteristiche e dimensioni

Fig. 5  simulazione: risposta, escursione, MIL e MOL

BAS-PC simula cassa e risposta con assorbente nelle condizioni di “riempimento critico”, cioè il massimo possibile prima che l'effetto dell'assorbente si inverta per eccessiva densità.

Ora le simulazioni sono appunto simulazioni, e definire esattamente cosa sia il “riempimento critico” per un assorbente acustico qualsiasi è praticamente impossibile, d'altra parte BASS-PC mostra le due soluzioni estreme: cassa vuota e riempimento critico, sta poi al progetto definire esattamente quale volume utilizzare e quanto assorbente e di quale natura.

Io ho optato per un volume netto di circa 92 dm3, riempito quasi totalmente di lana acrilica non pressata.


Costruzione

Per contenere il peso ho deciso di usare multistrato di pioppo da 15 mm di spessore, irrobustendo la struttura con traverse su tutti i pannelli (soluzione adottata ad esempio da Fearful).

In Fig. 6 il risultato del calcolo delle dimensioni, ho costruito un foglio di calcolo che calcola anche le dimensioni delle tavole da tagliare.

Fig. 6 calcolo delle dimensioni

Il volume netto risultante di 99 dm3 contiene anche il box del PM160, che è di circa 4 dm3 netti (volume interno), e il volume delle traverse di rinforzo.

In Fig. 7 la cassa in costruzione, si vede la struttura delle centine di rinforzo, il box del midrange e la catena che unisce il pannello posteriore al box, che irrigidisce tutta la struttura interna.

Fig. 7 la cassa in costruzione, con il box del midrange e le centine sui pannelli laterali

La finitura è con gli spigoli arrotondati (fresa a taglio circolare con diametro 24 mm), verniciatura con vernice trasparente, vetrificante da pavimenti, estremamente robusta (5 mani), e le griglie di protezione degli altoparlanti, in Fig. 8.

Fig. 8 la cassa finita

È ovviamente dotata di maniglie ed è montata su ruote per ovvi motivi sia di ingombro che di peso, nonostanmte tutto non è leggerissima (non l'ho pesata, per lo spostamento il problema è più l'ingombro che il peso); le due ruote anteriori hanno il freno.

Crossover

Il progetto iniziale prevedeva un semplice crossover con filtri del primo ordine a 500 Hz, dopo qualche prova a potenza sostenuta ho deciso che sarebbe stato meglio non sollecitare il midrange con frequenze basse, che tenendo conto della bassa pendenza del filtro e del picco di impedenza dovuto alla risonanza arrivano al mid a livello eccessivo.
D'altra parte la dispersione del Woofer fino a 700 – 800 Hz è ottima, quindi ho modificato la configurazione con frequenza di transizione a 550 Hz, un passa basso del I ordine e un passa alto del III ordine, come da schema di Fig. 9.

Fig. 9 il crossover

I condensatori sono elettrolitici da 250 V montati in "antiserie", mettendo in parallelo varie coppie fino a raggiungere la capacità richiesta, con in parallelo un MKT da 0,5 o 1 μF.
Gli induttori sono tratti dal catalogo Ciare, il 2,2 mH su nucleo per ridurre la resistenza, il 1,74 mH ricavato da una 2,2 in aria togliendo 33 spire per arrivare a 1,74.

Accoppiare filtri di ordine diverso richiede di controllare l'impedenza risultante attorno alla frequenza di transizione, perché è facile raggiungere minimi troppo al di sotto dell'impedenza nominale.
In Fig.10 la curva di impedenza, è ricavata con il woofer collegato ma non montato in cassa, ma ciò non influisce sull'impedenza all'incrocio, che è di tutta sicurezza.

Fig. 10 l'impedenza

In Fig. 11 la fase (vale quanto detto per l'impedenza), in zona di incrocio è di tutto riposo.

Fig. 11 la fase

É anche montato un commutatore che esclude il midrange, in questo caso viene escluso tutto il filtro crossover e il Woofer è collegato direttamente allo speak-on Neutrik di ingresso: può essere utile per il Contrabbasso in quanto ha ovviamente un suono meno brillante.

 
Conclusioni

La cassa ha un carattere completamente diverso dalla “piccoletta” reflex 10”, il suono è molto pieno e profondo, il livello apparente è simile ma anche con potenza inferiore riesce a mettermi in vibrazione i mobili della stanza, cosa che il 10” non riesce comunque a fare.
Ciò significa che l'energia acustica emessa è veramente molta ma concentrata a frequenza più bassa.
Si deve anche tener presente che la resa di una cassa reflex in una stanza di piccole dimensioni è totalmente diversa da quella di una cassa chiusa.
Il midrange svolge molto bene il suo compito, nonostante la profondità e pienezza dei bassi il suono è decisamente aperto, più che quello del 10” senza tweeter.