1 - la possibilità di caricare in linea di trasmissione un altoparlante d'uso comune, essendo certi comunque di una buona riuscita senza fare uso di un labirinto di scomoda lunghezza, oppure completamente pieno di materiali fibrosi e di bassissima efficienza.
2 - l’utilizzo di un particolare filtro passivo ad altissima pendenza di taglio (circa 40 dB/ott.) ma non eccessivamente complesso circuitalmente, e completamente simulabile da Audio For Windows
Tutto il progetto è stato inoltre impostato pensando all'utilizzo di materiali e componenti comuni e di facile reperibilità.

Il diffusore è un "due vie" con dimensioni esterne pari a 53 x 35 x 26 cm. Si tratta quindi di un mobile compatto e discreto, che non troverà difficoltà nell’essere posizionato anche in ambienti non troppo grandi.
Gli altoparlanti utilizzati sono relativamente economici, ma di buona qualità: si tratta del woofer Ciare CW161N, un altoparlante da 160mm nominali di diametro, con membrana in polpa di cellulosa e sospensione in gomma, e del tweeter Ciare CT200, un componente dotato di cupola in materiale sintetico da 20mm, leggermente caricato dalla flangia conformata a mo’ di corto trombino. Detta realizzazione ha anche il non indifferente pregio di proteggere la cupola, che si viene a trovare al di sotto del piano della flangia e al riparo da schiacciamenti involontari.


Datasheet originale del woofer Ciare CW161N


Datasheet originale del tweeter CT200

Entrambi i trasduttori sono proposti nel catalogo Ciare per il settore car-audio e, di conseguenza, sono altoparlanti da 4 ohm nominali. Questa scelta è stata guidata dal desiderio di guadagnare qualcosa in sensibilità ma, nonostante questo, come si vedrà dalle misure di impedenza del sistema completo, il diffusore presenta un carico del tutto tranquillo, anche per gli amplificatori a tubi termoionici (notoriamente in difficoltà nel pilotare moduli troppo bassi) purché dotati di uscite adeguate all’impedenza da pilotare. Da annotare il fatto che i tweeter utilizzati nella nostra realizzazione appartengono a una serie precedente quella attuale, ma le modifiche, cosa confermata anche dal responsabile tecnico della Ciare, Lino Esposto, hanno riguardato solamente la fattura della flangia, ora completamente liscia.

I filtri "Cuadraslope"
Contemporaneamente alla costruzione di una "transmission line", cosa di per sé già complessa, abbiamo anche voluto sperimentare qualcosa di diverso dai filtri d'incrocio canonici utilizzati dagli autocostruttori, quali i classici 6, 12 o 18 db ottava. Siamo così arrivati a una soluzione non convenzionale di filtro ad altissima pendenza di attenuazione che abbiamo battezzato “Cuadraslope”.

Quando si parla di autocostruzione bisogna tenere conto del fatto che ognuno di noi ha le sue priorità e i suoi gusti personali. C'è chi fa della correttezza timbrica un "must" irrinunciabile, e sacrifica tutti i parametri al raggiungimento di tale obiettivo, oppure c'è chi è fanatico della risposta sull'asse, e lo stesso succede con tutti gli altri criteri da tenere in conto: fase relativa all'incrocio, tenuta in potenza della via alta, ritardo di gruppo, risposta in ambiente alla distanza d'ascolto e via discorrendo.
Personalmente, magari in forma del tutto “ormonale”, siamo abbastanza contrari ai diffusori che, pur suonando molto bene, pretendono una posizione d’ascolto obbligata e/o un eccesso di cura per il posizionamento in ambiente. Per avere una certa immunità a questo tipo di problema, una delle cose da fare è realizzare un incrocio a una frequenza di crossover tale per cui lunghezza d’onda relativa sia inferiore alla distanza tra i centri d’emissione delle vie interessate.
Nel caso delle Blue Matter, la distanza tra il centro del tweeter e quello del woofer è 15 cm, quindi si dovrà realizzare un incrocio al di sotto dei 2300 Hz, dato che C/0.15 (cioè la velocità del suono fratto la distanza tra i centri in metri) corrisponde appunto a una frequenza di 2300 Hz. Per precauzione sarebbe anche meglio allontanarsi maggiormente da questa frequenza, abbassandola ulteriormente per minimizzare del tutto le interferenze.

Un’altra cosa necessaria è che ci sia il minimo scostamento tra la risposte in asse e fuori asse dell’altoparlante di diametro maggiore, almeno per quanto riguarda le angolazioni tipiche rilevabili in fase d'ascolto e quantificabili in circa 45°.
Dato che il diametro tipico di un woofer, per quanto piccolo possa essere, è comunque sempre troppo grande perché si possa considerare il cono come un trasduttore ideale fino alla sua massima estensione in frequenza sull’asse; si dovrà procedere con un filtraggio consistente fino alla frequenza in cui si riesce a ottenere una maggiore uniformità nella dispersione polare, e tutto questo, pur usando un cono da soli 130 mm effettivi di diametro, vuol dire comunque essere costretti a una frequenza d'incrocio abbastanza bassa.
Ciò significa almeno due cose: o si usa per la via alta un componente capace di lavorare senza pericolo sotto i 2Khz, pilotato da un filtro del 1° o 2° ordine, oppure si usa un componente “normale” e, per impedirgli di lavorare a frequenze che ne causerebbero la distruzione, si opterà per un filtro crossover ad altissima pendenza.

Nel primo caso, per avere tali prestazioni, il tweeter sarà anche, con tutta probabilità, molto costoso.
Non è questa la via all'autocostruzione che volevamo indagare, di tweeter ultraesoterici filtrati con un solo condensatore e anche con reti LR se ne sono visti abbastanza.
La soluzione tecnica perciò ricade sui filtri ad alta pendenza; per ragioni economiche, per voglia di sperimentazione e anche, se vogliamo, "ludiche" e di maggiore soddisfazione personale.
Il fatto che filtri passivi di tale natura possano andare bene anche per l'audio non è cosa molto investigata, generalmente si arriva a definire un crossover del quarto ordine, cioè 24 db ottava, ma non molto di più. Uno degli studi più famosi è quasi sicuramente quello di D’Appolito, il quale utilizzò filtri del terzo ordine e una disposizione simmetrica dei trasduttori proprio per uniformare la dispersione verticale del sistema. Ma ci sono altri tipi di filtri, meno noti. Un esempio, applicato proprio in un progetto di autocostruzione, è quello di "The Black Dahlia" a firma Dick Olsher, pubblicato su “Sound Practices” a fine 1990. Questo progetto utilizzava, con risultati pare eccellenti, un filtro passivo del quarto ordine, con allineamento chiamato Legendre, il quale mostra vantaggi rispetto ai Linkwitz e anche ai Chebishev dello stesso ordine, soprattutto per quanto riguarda l’introduzione di irregolarità in banda, quali ringing accentuati e ondulazioni in prossimità dell’incrocio.
Altro lavoro sui filtri ad alta pendenza, a nostro avviso assai più interessante, è una trattazione teorica rintracciata in rete per puro caso, e non molto conosciuta, a firma di un signore chiamato Jason Cuadra, il quale ebbe l’idea di adattare i filtri di Cauer o “filtri ellittici”, normalmente usati come sopprimi banda in campo radio, ai filtri crossover per trasduttori acustici. Jason Cuadra, appassionato d'automobilismo e di elettronica, usando i simulatori Pspice e Calsod estese quindi la topologia del filtro, realizzando uno sviluppo teorico del sistema normalizzato per un ipotetico sistema ideale a due vie con impedenza 8 ohm e incrociato a 900Hz.
Quello che lo studio di Cuadra prometteva era una attenuazione da record, oltre 40dB ottava, con una notevole linearità in zona di incrocio.
Il lavoro originale di Jason Cuadra fu pubblicato sul suo sito web personale, ora off-line, e attualmente ripubblicato al seguente indirizzo:
http://ldsg.snippets.org/FILTERS/Cuadra/elliptic.php3
Attingendo a quanto riportato abbiamo ricostruito il lavoro di Cuadra, utilizzando Audio For Windows per visualizzare il comportamento delle celle.
Infatti, nonostante la relativa complessità circuitale, il filtro è perfettamente simulabile usando AFW.
Abbiamo battezzato il nuovo tipo d'allineamento con il nome di “Cuadraslope”, per rendere giusto merito all’originale ideatore. Per quanto riguarda la paternità di detta “invenzione” vale la pena citare lo stesso Cuadra, il quale con somma correttezza, ci tiene a precisare che una simile tipologia, utilizzante però dei trasformato è,, in effetti, già stata brevettata da un certo Modaferri, battezzata “Infinite Slope” ed usata dalla Joseph Audio nelle sue realizzazioni. La peculiarità principale del “Cuadraslope” è quindi quella di utilizzare i classici componenti reattivi comunemente usati nella realizzazione dei filtri crossover, cioè induttori, condensatori, oltre alle resistenze, senza la necessità, quindi, di realizzare complicati e costosi trasformatori, le cui specifiche sono, tra le altre cose, coperte da brevetto.

Continuando a citare lo studio di Cuadra, entriamo nello specifico del “Cuadraslope” e scopriamo che si tratta, in buona sostanza, di una struttura del tutto simile a una rete del quarto ordine (come un comune Linkwitz-Riley o Butterworth) cui è stata variata la funzione di trasferimento fino a giungere a quella caratteristica per i filtri ellittici o di Cauer. Per fare questo non è ovviamente possibile utilizzare i valori rintracciabili per un filtro del quarto ordine classico, quindi i dati corretti sono stati trovati in via sperimentale da Cuadra e non sono elaborabili in automatico dalle comuni routine di calcolo dei moderni software di simulazione. Rispetto al classico circuito si devono aggiungere due condensatori, uno in parallelo al secondo induttore del passabasso e uno in serie al secondo induttore del passaalto, trasformandoli in filtri notch ad altissimo Q. Si ottiene in questo modo un notevole incremento della pendenza di taglio, circa 40 dB/ott, ma utilizzando soltanto cinque componenti. Una simulazione effettuata da Cuadra utilizzando il software CALSOD mostra abbastanza chiaramente le peculiarità del filtro “Cuadraslope”, sintetizzabili in una estrema pendenza di taglio, sia rispetto a un 4° ordine classico, ma inarrivabili anche da un complesso Linkwitz-Riley del 6° ordine.
Il tutto si traduce, quindi, in una estrema linearità della risposta polare all’incrocio, con minime variazioni della risposta in frequenza al variare dell’angolo verticale.
Un ultimo problema relativo all’utilizzo di filtri ad alta pendenza è infine legato alla fase e al ritardo di gruppo che viene introdotto; lo stesso Cuadra pone in evidenza come dette rotazioni siano leggermente superiori al classico Linkwitz-Riley, ma altresì ribadisce come i vantaggi derivanti dalla maggiore pendenza di attenuazione, e quindi della migliore risposta polare, superino di gran lunga i difetti legati alle rotazioni di fase che, tra l’altro, pur essendo maggiormente evidenti, interessano una porzione molto più ristretta dello spettro. Tutto questo, ovviamente, in via teorica; vedremo, ,infatti che le componenti reattive del carico offerto da un altoparlante reale e le sue alterazioni nel dominio della frequenza costringono a una leggera complicazione circuitale nell’applicazione pratica.

Uno dei limiti dello studio teorico di Cuadra è, infatti, costituito dal fatto che la rete di filtro è terminata su una componente resistiva, assolutamente inadeguata a simulare il reale comportamento di un altoparlante. Quello che ci siamo quindi proposti come obiettivo è stata la trasposizione della circuitazione “Cuadraslope” su un carico reale e una sua applicazione pratica. Da questo intento è nata Blue Matter.
Per non complicare eccessivamente il lavoro siamo rimasti fedeli alle caratteristiche di base dello studio, quindi le BlueMatter sono a due vie, con una frequenza di incrocio relativamente bassa e praticamente coincidente con quella scelta da Cuadra per la simulazione con CALSOD.
Per preparare il crossover delle Blue Matter abbiamo adattato, con opportune modifiche e qualche aggiunta, la topologia base del “Cuadraslope” al carico reale rappresentato dai due altoparlanti Ciare dato che, lo ricordiamo, Cuadra teorizza un sistema in cui i trasduttori sono in realtà delle resistenze (quindi a risposta acustica e modulo d’impedenza piatti).

Per fare ciò abbiamo per prima cosa controllato se la configurazione teorica di Cuadra, vale a dire il filtro a 900 Hz su carico resistivo di 8 Ohm, si poteva caricare in AFW mantenendo immutate le sue caratteristiche.
A questo scopo abbiamo creato mediante gli appropriati comandi del programma, un pannello e due altoparlanti “ideali”.
Per altoparlanti ideali intendiamo un woofer ed un tweeter che non possiedono una curva d’impedenza ma soltanto un valore di resistenza, in questo caso 8 Ohm, ed una risposta in frequenza arbitraria, molto amplia e piatta, cioè senza alterazioni.


Simulazione di un woofer ideale per verificare la teoria di Cuadra


Impedenza del woofer ideale


Simulazione di un tweeter ideale per verificare la teoria di Cuadra


Impedenza del tweeter ideale

Successivamente abbiamo posto questi trasduttori virtuali su un “baffle” di misura adeguata ai loro diametri e verosimilmente utilizzabile come pannello definitivo, impostando l'offset verticale a 25 cm, un valore molto alto, anche se non esattamente pari alla lunghezza d’onda corrispondente ai 900Hz della frequenza di taglio prescelta, dato che ciò sarebbe corrisposto a circa 40 cm (C/f=344/900=38), una distanza comunque esagerata per quello che doveva essere il pannello frontale di un diffusore bookshelf e anche perché non era nostra intenzione utilizzare una frequenza di crossover così bassa.


Simulazione di un sistema particolare per saggiare le possibilità del filtro teorizzato da Cuadra

Comunque, e certamente, una distanza tra woofer e tweeter di ben 25 centimetri, pari a una frequenza di circa 1300 Hz (C/d=344/0,25=1376), è già una situazione limite e avrebbe permesso di effettuare qualche prova maggiormente realistica semplicemente spostando la frequenza di taglio.
La simulazione su AFW della tipologia “Cuadraslope” non è possibile utilizzando la sola sezione di filtro vera e propria. Per realizzare il circuito completo è necessario utilizzare le celle abitualmente preposte all'uso come filtri notch, serie e parallelo. In questo modo si può ricreare la particolare struttura del filtro “Cuadraslope”, che contiene elementi reattivi in parallelo tra loro (sul passa basso) ed in serie (sul passa alti), non previsti dalla tipologia fissa di AFW.


Il filtro originale teorizzato da Cuadra





Le schermate di AFW relative al filtro teorico di Cuadra. Per inserire le celle risonanti LC si è fatto ricorso alla sezione delle reti di compensazione, attribuendo valore infinito o nullo alle resistenze inserite nelle celle interessate

È possibile notare come ciascuna cella di un filtro Cuadraslope abbia soli due componenti aggiuntivi rispetto a un classico 4° ordine. Ma quale è l’effetto di questi due elementi “estranei” posti in un circuito che altrimenti sarebbe un normalissimo filtro a 24 dB ottava?
Utilizzando AFW possiamo facilmente simulare l’intervento di questi due componenti. Il risultato è quello visibile nelle figure sotto, che illustrano il notevole incremento delle pendenze di taglio introdotto dai due componenti in più.


Confronto tra le pendenze del filtro passaalto in presenza o meno della cella notch risonante


Confronto tra le pendenze del filtro passabasso in presenza o meno della cella notch risonante

Il filtro reale, non avendo un allineamento standard, non può essere creato direttamente con le procedure automatiche di calcolo di AFW. La base di partenza rimangono i dati teorici di Cuadra, cioè la frequenza di 900 Hz e l’impedenza di 8 ohm.
Per variare la frequenza d’incrocio rispetto ai 900Hz utilizzati da Cuadra per il suo calcolo teorico, si devono inizialmente scalare i valori partendo dallo schema di base. Una volta trovati questi valori, AFW è però in grado di ricalcolare tutto per eventuali diversi valori d’impedenza.
Una volta scelta la nuova frequenza d’incrocio, si devono quindi ricalcolare i componenti dividendone il valore per un numero pari a Fx/900
Per esempio, se si sceglie una frequenza di 1800Hz:
1800/900 = 2
Quindi per Fc 1800Hz, tutti i valori saranno divisi per 2

Se invece a cambiare è l’impedenza si opererà moltiplicando o dividendo i valori di condensatori e induttanze per un valore pari a 8/x
Quindi, per una impedenza di 4 ohm: 8/4 = 2

In breve, per una impedenza di 4 ohm, tutte le induttanze dovranno essere divise per 2 mentre le capacità andranno moltiplicate per 2.


Risposta complessiva del sistema, sostanzialmente sovrapponibile alla simulazione di Cuadra, cosa che conferma la possibilità di utilizzare AFW anche per una tipologia di filtro inconsueta

Bluematter parte prima: il mobile

QUI IL DISEGNO DEL MOBILE

Bluematter parte seconda: il crossover

QUI LO SCHEMA DEL CROSSOVER

QUI LE MISURE REALIZZATE CON CLIO

QUI UN ARTICOLO SUI FILTRI PASSIVI A CURA DI MARIO PASSARELLI

In conclusione
Con il progetto Blue Matter abbiamo analizzato le possibilità offerte da un sistema particolare di filtraggio per altoparlanti, alternativo a quelli generalmente usati nell’ambito dell’autocostruzione di sistemi d'altoparlanti.
Siamo rimasti ampiamente soddisfatti dei risultati ottenuti, sia dal punto di vista delle misure che dalle prove pratiche di ascolto.
In talune particolari situazioni, ove si debba coprire una vasta area di ascolto senza eccessive alterazioni nella risposta, è quasi obbligatorio esplorare soluzioni alternative, come quella sopra descritta.
D’altra parte, anche in ambito hi-fi car, dove le distanze tra i diversi altoparlanti sono spesso obbligate e tutt’altro che ottimali, una circuitazione di questo tipo potrebbe essere veramente l’unica soluzione praticabile.

Lo “staff” che ha portato avanti tutta la prima fase di vita delle Blue Matter, era inizialmente costituito da tre persone. È infatti doveroso dare atto dell'attiva e determinata collaborazione di un'amica architetto, Laura Flora, che stese il primo disegno del mobile, avendo come unici dati di partenza le misure del baffle e la lunghezza del percorso. Suo è il disegno del proporzionato e decrescente labirinto all'interno del mobile, la scelta della giusta tonalità per il colore blue delle Blue Matter, cosi come la forma e dimensioni del “gocciolone” come da lei è stato sopprannominato il pezzo di neoprene che funge di controflangia agli altoparlanti. Importantissima è stata anche la sua partecipazione alle prime ed estenuanti sedute d'ascolto, per decidere come implementare una versione pratica del filtro di Cuadra.
L’architetto Flora pare ora letteralmente sparito, impegni di lavoro di tutt'altra importanza (le ultime notizie hanno sapore di leggenda e narrano faccia parte di un gruppo di lavoro impegnato nella costruzione di un tunnel sotto un fantomatico fiume Pochoco in Ecuador...) ci hanno privato della collaborazione di quella che, crediamo, sia stata l'unica donna mai interessata all'autocostruzione di casse acustiche.
Chissà se in futuro, (continuando a scherzarci sopra, forse accadrà quando finalmente l'Italia farà parte delle regioni Scandinave), vedremo apparire sulle pagine delle riviste specializzate qualche progetto firmato da un esponente del gentil sesso. La cosa, però, sembra assai difficile, dato che, chissà perché, le donne odiano profondamente questo tipo di cose. Insomma, parafrasando Paolo Conte, “le donne non amano il jazz (e costruire casse) e non si capisce il motivo...”

Il nome di questa realizzazione si ispira ad un omonimo disco della band britannica Savoy Brown: “Blue Matter”, pubblicato originariamente dalla Parrot nel 1969 ed attualmente in catalogo per la Polygram, album che è considerato uno dei loro migliori lavori.

Buon lavoro

Filippo Punzo
Jorge Toribio
Laura Flora

Le BlueMatter sono state presentate al 4° concorso per autocostruttori organizzato dalla Ciare e, ammesse alla finale, hanno spuntato un onesto 4° posto. Alla luce delle osservazioni mosse dai giurati in quell'occasione,cui sono seguiti alcuni affinamenti sul crossover, abbiamo deciso di illustrare il progetto a Fabrizio Montanucci eGianPiero Matarazzo di Audioreview, i quali hanno quindi avuto modo di ascoltarle in occasione della scorsa edizione del Top Audio di Milano. I diffusori sono stati quindi da loro portati a Roma e sottoposti alle misure standard utilizzate per i prodotti commerciali. I risultati sono stati pubblicati sui numeri 244 e 245 di Audioreview.

Qui sotto le misure complete effettuate da Audioreview, il commento alle misure
e la prova di ascolto di GianPiero Matarazzo
PARTE 1
PARTE 2