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H-206 "Purple Rain": high efficiency, single driver loudspeaker


Si tratta di un diffusore monovia ad alta efficienza basato sul ben noto driver FE206E della Fostex .

Genesi e Requisiti

L'idea iniziale nasce dall'esigenza di un secondo impianto hi-fi casalingo, dalle prestazioni sonore elevate ma di costo contenuto ai minimi termini: questi due requisiti iniziali hanno comportato: Pi¨ in dettaglio i requisiti definiti per il diffusore sono:
  1. costo materiale (IVA esclusa) contenuto sotto i 300 Euro, materiale per il mobile compreso
  2. utilizzo di tool di progettazione SW free (o ancora meglio Open Source)
  3. pressione sonora di picco non inferiore a 105 dB a 1m con 10 W in ingresso
  4. risposta in frequenza in campo libero (-0.5 dB): 50 - 18000 Hz
  5. impedenza nominale intorno agli 8 Ohm
  6. dimensioni max esterne (cm): 70x40x40 (HxWxD) imposte dallo spazio di ubicazione (WAF ...)

Architettura

Sulla base dei requisiti identificati sono state valutate alcune ipotesi di realizzazione, sia come driver che come carico acustico per le basse frequenze.

Anzitutto si Ŕ optato per la soluzione single driver (monovia), che dovrebbe garantire i requisiti iniziali, evitando i costi (economici ed acustici ...) del cross-over; la scelta del driver Ŕ caduta sul Fostex 206E come miglior compromesso tra costo e prestazioni (efficienza, estensione in frequenza, etc.).

Differente il discorso del carico acustico, sul quale avevo le idee molto meno chiare. L'idea iniziale era di realizzare una linea di trasmissione, ma dopo alcuni calcoli (basati sulle "aligment tables" classiche fornite da Augspurger nei suoi articoli per l'AES e su Speaker Building) e relative simulazioni mi sono reso conto che l'estensione alle basse frequenze ottenibile, pur risultando di alcuni dB maggiore della risposta in cassa chiusa, non sembrava completamente soddisfacente. D'altra parte le dimensioni massime a disposizione escludevano l'impiego di una tromba a caricamento posteriore ... Alla fine, dopo aver simulato anche un carico di tipo Double Bass Reflex, ho optato per un carico bass reflex tradizionale, derivato da quello consigliato da Fostex, con le seguenti modifiche:

Sviluppo del progetto

Il carico acustico Ŕ stato simulato basandosi sui modelli elettromeccanici equivalenti che consentono l'utilizzo di SW di simulazione tipo Spice (nella fattispecie Ŕ stato utilizzato il pacchetto SW gratuito LTSpice/SwitcherCAD III della Linear Technology). Il modello equivalente dell'insieme altoparlante-cassa Ŕ stato dedotto utilizzando le trattazioni "classiche" di Leach sull'argomento. Le simulazioni sono state anche verificate con il SW WinISD per Windows.

Il disegno di insieme del cabinet, realizzato con il CAD 2D Open Source QCAD, Ŕ riportato di seguito. L'altezza disponibile limitata Ŕ stata tutta dedicata a massimizzare il volume utile interno, senza spazi dedicati all'appesantimento/stabilizzazione. Spessore del legno 19 mm. Il volume interno finale netto risulta circa 53 Lt, il tubo del reflex (diam. 60 mm, lungh. 55 mm) accorda la cassa intorno a 43 Hz.


Le curve ottenute dalla simulazione del cabinet di cui sopra con 2.8V di tensione applicata all'altoparlante sono riportate nella sottostante figura.


dall'alto verso il basso: escursione bobina mobile, impedenza, SPL @ 1m

Per aumentare la linearitÓ della risposta in frequenza Ŕ possibile inserire una resistenza in serie all'altoparlante, in modo da aumentarne il Qe; ovviamente ne risente l'efficienza, per cui per ottenere la stessa pressione sonora Ŕ necessario aumentare la potenza erogata.

Il grafico sotto riportato mostra cosa accade inserendo una resistenza da 4 Ohm in serie; per avere la stessa SPL la tensione applicata Ŕ stata portata a 5.6V.


Tutto bene? Quasi ... sarebbe troppo facile! occhio a quello che succede all'escursione del woofer: a bassa frequenza si pu˛ superare l'escursione massima dichiarata (1.5 mm), con rischio conseguente di distorsione !

Per inciso, quando l'amplificatore utilizzato ha un'impedenza di uscita non trascurabile (come ad esempio nel caso di molti ampli valvolari - o Mosfet - single ended classe A) si ottiene lo stesso effetto (aumento "virtuale" del Q dell'altoparlante) ed Ŕ uno dei motivi per cui questi monovia con Q basso suonano molto bene con questo generere di amplificazione.

Per consentire di ottimizzare la risposta in ambiente (eventualmente anche in funzione del contenuto in frequenza del programma musicale e/o del tipo di amplificatore), ho deciso di aggiungere una resistenza in serie, rigorosamente non induttiva, selezionabile facilmente attraverso un selettore a 3 vie posto vicino ai morsetti di collegamento (in particolare si possono scegliere 0 - 2 - 4 Ohm).

Realizzazione

Materiale utilizzato: MDF spess. 19 mm (per vincoli sul costo; comunque, anche se i risultati sonori sono pregevoli, Ŕfortemente sconsigliato per la polvere che fa mentre lo si lavora...), finito con verniciatura a smalto sintetico color bordeaux (da cui il nome ...); i tagli dritti sono "regalati" dal bricocenter in cui il materiale Ŕ stato acquistato, quelli inclinati o rotondi sono stati eseguiti (un po' troppo approssimativamente ...) dal sottoscritto con il seghetto alternativo e guide di fortuna.

I pannelli sono stati incollati con adesivo vinilico. Data l'approssimazione di alcuni tagli obliqui, alcune giunzioni sono state riprese con l'applicazione di stucco da legno per essere sicuri dell'impermeabilitÓ all'aria della cassa.

Dopo l'incollaggio dei pannelli le pareti interne sono state trattate con antirombo automobilistico "spalmato" con la spatola, sul quale successivamente ho applicato dei pannelli fonoassorbenti ondulati (tipo il classico bugnato) recuperati da imballaggi di schede elettroniche.

Come d'uso, il magnete dell'altoparlante Ŕ stato rivestito di feltro e sui montanti del cestello Ŕ stato applicato dello stucco "da idraulico". Per il cablaggio interno ed esterno ho usato del cavo da LAN tipo CAT5 di recupero, saldato direttamente ai terminali dell'altoparlante. Il cavo esce direttamente senza passare da morsetti.

Per il tubo di accordo ho utilizzato degli avanzi di tubo in PVC marrone diam. 60 mm per grondaie (questo spiega la scelta del diametro ... peraltro il SW WinISD conferma che, per i livelli di potenza considerati, la velocitÓ dell'aria Ŕ tale da non provocare turbolenze).

Per proteggere gli altoprlanti (dalle attenzioni di bimbi e gatto ...) ho realizzato una griglia utilizzando due lamiere di alluminio traforate, recuperate dalle chiusure inferiore/superiore di cestelli rack 19" industriali, mantenute in posizione da 4 piccoli magneti tipo "chiusura antine", che si attaccano alla parte metallica del cestello dell'altoparlante. Ovviamente le griglie vengono rimosse durante l'ascolto, anche se a livelli bassi di SPL l'effetto della loro presenza Ŕ praticamente inaudibile ...

Galleria Fotografica

Purtroppo non avevo a disposizione la macchina fotografica digitale durante le fasi di lavorazione/montaggio.
H-206: i Fostex FE206 in rodaggio dentro un mobile di recupero


H-206: in verniciatura


H-206: completate !


H-206: in funzione con l'o-10


H-206: dettaglio con le griglie di protezione


H-206: particolare selettore resistenza serie

Verifica delle Prestazioni

TBD

Verifica del Costo

Driver Fostex 206E: 203 Euro (IVA e spedizione inclusa, acquisto on-line in Germania

Legno MDF (compreso di tagli "dritti"): 49 Euro (IVA inclusa, Leroy-Merlin)

Antirombo 0.58 lt: 6 Euro

Materiale Fonoassorbente: recuperato da imballi usati

Resistenze serie e selettore: circa 15 Euro

Pannellino di alluminio per il supporto dei morsetti: recuperato

Cavo CAT5 (10 m): recuperato (ma non dovrebbe superare 0.6 Euro/m)

Tubo reflex: recuperato da uno scarto di tubo in PVC marrone per grondaie

Feltro per altoparlante e tubo reflex: 1.5 Euro

Stucco idraulico per cestello altoparlante: 3.5 Euro

Colla vinilica: avanzata da posa parquet ...

Griglie di protezione altoparlanti: recuperata da materiale rottamato

Magneti fissaggio griglie: 6.4 Euro

Smalto sintetico per vernicitura esterna (0.75 lt): 8 Euro

Tot: 290 Euro (IVA compresa) Abbondantemente nel target iniziale

Documentazione

Disegni utilizzati per il taglio iniziale del legno (le smussature degli spigoli sono state fatte a pannelli assemblati)

Impressioni di Ascolto

Gli altoparlanti sono stati rodati in casse di recupero durante il tempo di realizzazione dei diffusori (un paio di mesi almeno!); una volta terminati, non c'Ŕ stato bisogno di ulteriore break-in.

Devo confessare che al primissimo ascolto questi diffusori mi hanno un po' deluso: mi aspettavo un suono pi¨ equilibrato, invece le frequenze medio-alte erano in troppa evidenza rispetto alle basse, insomma si manifestava il temuto "effetto radiolina" paventato da molti detrattori dei sistemi monovia. Le cose non cambiavano significativamente spostando i diffusori pi¨ o meno vicini alle pareti laterali o alla parete di fondo.

Viceversa il suono risulta particolarmente equilibrato inserendo in serie la resistenza da 4 Ohm e utilizzando il circuito previsto per la compensazione dell'attenuazione delle basse frequenze dovuta all'interferenza del pannello frontale (baffle edge diffraction). Quest'ultimo circuito Ŕ stato inserito a livello del segnale - prima dell'amplificazione di potenza - internamente all'amplificatore o-10 appositamente predisposto; in sostanza si tratta di un circuito che attenua di 3 .. 4 dB le frequenze maggiori della frequenza "di taglio" del pannello frontale dei diffusori.

In queste condizioni, nonostante un certo calo di efficienza (ma si resta sempre sopra i 90dB/W !), l'ascolto Ŕ veramente appagante; l'estensione della gamma di frequenze riprodotte Ŕ sufficientemente equilibrata, ovviamente i bassi non sono da "pugno nello stomaco" ma si sentono e si seguono almeno fino ai 30 .. 32 Hz (concerti per organo di Bach ..) e soprattutto sono estremamente veloci e puliti (i.e. non "rimbombanti" ...), segno che anche il progetto del bass-reflex Ŕ corretto. Francamente faccio fatica a capire come questo tipo di diffusori possa essere ascoltato senza una correzione delle medie/alte frequenze.

Sorprendente Ŕ poi l'effetto di realismo e di definizione del "palcoscenico" sonoro, come d'altra parte Ŕ lecito aspettarsi da sorgenti pressochÚ puntiformi e dalla grande capacitÓ dinamica. Strepitosa infine la riproduzione della voce umana! Questi sono i vantaggi principali che si riesce ad ottenere e direi che sono principalmente dovuti all'assenza del crossover.

Segnalo infine i due difetti finora riscontrati:
il primo Ŕ l'elevata direzionalitÓ delle alte frequenze; in altre parole la zona di ascolto veramente ottimale Ŕ piuttosto ristretta, bisogna allineare bene i diffusori in direzione dell'ascoltatore e lo "sweet spot" difficilmente si estende oltre lo spazio per due persone (a meno di non fare due file come a teatro ..). In futuro vorrei provare a inserire al centro del cono dell'altoparlante un piccolo diffrattore ogivale in legno "a lÓ Lowther", per vedere se si ottengono miglioramenti .. ;
il secondo non Ŕ in realtÓ un difetto del diffusori, quanto che la precisione e il dettaglio della riproduzione sonora e della ricostruzione della scena acustica non perdona le incisioni "cattive"; ho scoperto quanti dei CD in mio possesso, anche abbastanza recenti e di etichette prestigiose siano tutt'altro che perfetti, vuoi per un pessimo bilanciamento tonale (alte frequenze "pompate"), vuoi per il missaggio in fase di incisione (ad es. la batteria "sparpagliata" tra i canali o altri effettacci simili)...


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Ultimo aggiornamento: 15/05/2006