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Air Distorsion


Svolgendo la mia attività di riparatore di altoparlanti, ho avuto tra le mani altoparlantl di tutti I tipi e di tutte le marche ed una cosa che ho rilevato con notevole frequenza nei woofer che hanno lavorato In un sistema a sospensione pneumatica (praticamente tutti i woofer di tipo hi-fi) è l’arretramento della posizione dl riposo del cono verso Il magnete; in certi casi la bobina si trovava a fine corsa). Rifacendomi alla mie esperienze quando, da bambino, giocando con una siringa di vetro tappavo Il foro e tirando Il pistone riuscivo con facilità ad estrarlo, mentre se premevo la resistenza era maggiore e non riuscivo mai a “schiacciare” tutta l’aria, penso che anche nei diffusori potrebbe esserci un problema analogo e che l’arretramento del cono potrebbe esserne la conseguenza. E' noto infatti che, nei gas, la espansione segue una legge lineare, la compressione no. Sta dl fatto che quando la acoustic suspension, brevettata da Edgar Villchur, fu introdotta dalla AR negli Stati Uniti, fu sollevata la questione se essa fosse o meno lineare ed, in definitiva, se, invece di ridurre la distorsione, non contribuisse ad accrescerla. In brevissimo tempo tuttavia il nuovo sistema, che riduceva drasticamente le dimensioni dei diffusori (a quel tempo ne bastava uno, ma di li a breve, con l'avvento della stereofonia, ne sarebbero stati necessari due) e permise all’hi-fi dl entrare in tutte le case , ebbe tale successo che ogni critica fu sepolta. Ho voluto rileggere la letteratura relativa a questo fatto e mi sono reso conto che le critiche furono poste male e che Mr. Villchur ebbe buon gioco nel respingerle, dimostrando che la variazione di pressione che subiva l’aria all’interno della cassa, in funzione della compressione esercitata dal woofer, era così modesta che la linearità non era compromessa. Però nessuno si ricordò dell’effetto siringa, forse perché non ci avevano mai giocato. Ritengo infatti che la mancanza di simmetria fra le forze di

espansione e di compressione debba provocare qualche effetto negativo ( distorsione). Noto il fatto che i progettisti di altoparlanti prendono tutte le precauzioni possibili per ridurre le piccole asimmetrie dei campo magnetico nel quale si muove la bobina mobile, mentre i progettisti di diffusori non sembrano preoccuparsi delle asimmetrie dei loro sistemi. Funzionano con il principio della acoustic suspension non solo le casse chiuse, ma anche i bass reflex, i carichi simmetrici, i reflex meccanici. I labirinti e le trombe, che funzionano in base al principio della colonna d’aria risonante, potrebbero avere problemi analoghi. Immuni i baffle infiniti ed i sistemi dlpolari. Anni fa ho volli sperimentare, se e quali differenze esistono fra la fase di compressione e quella di espansione, cioè se, in condizioni d'uso, la non linearità della molla d'aria producesse effetti sensibili. Non presi appunti in quell'occasione, tuttavia ricordo che, misurando la corrente assorbita dal woofer, notai una differenza nella corrente assorbita fra la fase di espansione e quella di espansione. Più recentemente ho desiderato ripetere quell' esperimento verificandone anche aspetti che allora avevo trascurato; per queste prove ho impiegato un woofer AR 200001-1 (appena riparato). Si tratta di un ottimo componente da 8” progettato da Mr. Villchur in persona. Dapprima ho ripetuto la prova che avevo già fatto: la misurazione ed il confronto fra le correnti assorbite dal woofer in fase di compressione ed in fase di espansione. In condizioni di simmetria (uguale carico acustico su entrambe le facce) le due correnti dovrebbero


essere uguali (ed in effetti lo sono con il woofer in aria libera). Ho preparato un box con un volume Interno netto di 10 litri e l’ho dotato di una grossa apertura superiore che poteva essere totalmente o parzialmente chiusa per simulare un funzionamento dall’aria libera alla cassa chiusa passando per vari tipi di bass reflex. Anche il volume poteva essere variato aggiungendo all’interno dei solidi di volume conosciuto. L’idea era quella di pilotare il woofer con un segnale sinussoidale rettificato ed invertire la polarltà (del woofer) per farlo lavorare solo in compressione o solo in espansione. Ho esplorato quindi la gamma delle frequenze più basse, spingendo il cono alla massima escursione, certo di trovare le differenze più significative. Non ho trovato differenze! Ho ridotto a metà il volume della cassa: stesso risultato. Grande è stata la mia delusione. Che avesse ragione Mr. Villchur? Già che c'ero ho fatto le altre misura- zioni che avevo in mente di fare.
. Ho tolto il diodo ed ho misurato l’assorbimento di corrente in aria libera ed in box chiuso: sulle frequenze più basse, nel secondo caso, c'era un incremento del 50%, pari alla resistenta che che la molla opponeva al movimento del cono. Poi, usando sempre il metodo dell’amperometro in serie, sono andato alla ricerca della risonanza. Salendo in frequenza ho osservato che dopo i 55 Hz la corrente cominciava a diminuire. E’ logico, l’aria cominciava a muoversi con più facilità, occorreva meno energia e l’impedenza elettrica saliva. A 75 Hz la corrente era al minimo; il sistema risuonava alla sua frequenza centrale e bastava poco per tenere in oscillazione l’aria. A questo punto ho capito, non dovevo cercare dove il cono aveva la massima esursione ma dove il sistema risuonava. Ho ricollegato il diodo ed ho letto le due correnti: c’era l’effetto siringa! I risultati della prova sono riportati nei tre grafici ; sull’asse orizzontale è riportato il valore della frequenza e su quello verticale quello delle correnti di compressione, di espansione ed infine quello della differenza fra le due correnti. In quest'ultimo caso se le due correnti fossero state uguali, la curva sarebbe una retta orizzontale coincidente con l'asse f. ”. Il grafico mostra che le più forti variazioni si hanno intorno alla Fs del sistema, ove Ce è superiore a Cc

Analizzando i risultati delle mie prove ho tratto le seguenti conclusioni: la “acoustic suspension” al di là del nome suggestivo, altro non è che un risuonatore ad aria e ciò che ne governa il funzionamento è la sua risonanza. Essa ha l’innegabile merito di ridurre considerevolmente le dimensioni del diffusore ma non quello, peraltro promesso, di ridurre la distorsione. La differenza fra le correnti intorno alla fs ne è un indizio non trascurabile; la produzione di armonici è connaturata con questi risuonatori e, se è gradita negli strumenti musicali a fiato o ad aria, in questo caso è non gradita distorsione. A proposito di distorsione alle frequenze basse, come in questo caso: si dice che “non si sente”. Però la seconda armonica di 40 Hz (fs di un grosso diffusore) cade a 80 e la terza a 120 Hz e può darsi che non si sentano; In un diffusore con woofer da 13 cm. le prime armoniche della fs cadono nella gamma 100 - 300 Hz e sono probabilmente avvertibili anche da un non esperto.

Grafici di distorsione di seconda (linea nera) e terza (rossa) armonica in (da sinistra in alto) un diffusore a baffle infinito, uno di normali dimensioni in sospensione acustica ed un minidiffusore in sospensione. La curva più alta rappresenta la risposta in frequenza. Si noti il progressivo aumento della distorsione alle basse frequenze passando dal primo al terzo modello. I grafici sono stati ricavati con una potenza di pilotaggio di 8 watt, con ponze maggiori i risultati sarebbero stati ovviamente peggiori. Le foto sono state tratte dalla rivista Audio Review

Sergio Canini