Reflex

Reflex (sistema di caricamento Reflex)                                                                           6 giugno 2015

Reflex aperiodico:

 

Reflex (sistema di caricamento Reflex) :

vedere anche Irrotax, Risonanza Condotti

 

Le ricerche di mercato indicano che il sistema di altoparlanti preferito dal pubblico è un “tre vie in reflex”. E’ del tutto normale considerare le preferenze del mercato e questo è uno dei motivi per cui il sistema reflex è così ampiamente utilizzato.

 

Un diffusore reflex si riconosce per la presenza di un condotto (generalmente un tubo) che pone in comunicazione il volume interno del diffusore con l’esterno. A volte il condotto è sostituito da un radiatore passivo.

il sistema reflex funziona come il pendolo accoppiato. Il principio è quello dell’inversione della radiazione posteriore per mezzo della risonanza. L’emissione delle basse frequenze viene aumentata a prezzo di una minore estensione verso il basso (l’ordine della risposta di pass alto aumenta almeno di un ordine). Richiede altoparlanti con Qts compreso tra 0.3 e 0.35 e frequenza di risonanza a 30-35 Hz. Se il Qts è più basso è richiesta anche una frequenza di risonanza più bassa.

La frequenza di accordo, per questioni pratiche, risulta generalmente fissata tra 30 e 60 Hz. L’andamento della risposta in frequenza è condizionata  dal filtro cross-over (in particolare dagli elementi induttivi e resistivi in serie all’altoparlante) per cui non è vero che un reflex possa essere realizzato in un volume inferiore rispetto a una cassa chiusa. Ciò è vero solo per i diffusori amplificati senza filtro cross-over passivo.

 

Al di sotto della frequenza di risonanza il reflex si comporta come un dipolo quindi i sistemi reflex migliori sono quelli con accordo molto basso che, alla fine, assomigliano di più alla cassa chiusa.

Gli allineamenti canonici (che si trovano copiosi in letteratura) servono a poco ma chi non li conosce difficilmente potrà accordare un reflex in modo corretto.  Gli allineamenti migliori sono quelli di Legendre (ma sono poco conosciuti e non fanno tendenza).

 

Il condotto di accordo può essere sostituito da un altoparlante passivo (o radiatore passivo). Ciò risolve i problemi di turbolenza e rumore ma aumenta le perdite e introduce uno zero in corrispondenza della frequenza di risonanza in aria libera del passivo. La pendenza di passa alto, sotto la frequenza di accordo, aumenta di 6 dB/ott. Per ridurre le perdite la superficie di radiazione del passivo deve essere uguale o superiore a quella dell’attivo.

 

Il reflex propone vantaggi e svantaggi.

 

Confronto tra Reflex e Cassa Chiusa (TEB)

Vantaggi del Reflex

Vantaggi della Cassa Chiusa

Funziona con altoparlanti con Qt = 0.3 - 0.35

(diaframmi più leggeri, magneti più piccoli)

 

maggiore sensibilità alle basse frequenze

la pendenza sotto la risonanza vale 12 dB invece di  18/24 dB.

Problemi di interfaccia con l’amb iente se la frequenza di accordo coincide con un modo normale

Inserimento in ambiente più facile  e risposta in frequenza più  facile ca compensare con l’ausilio delle pareti 

lo spostamento del diaframma dell’altoparlante è minimo alla risonanza

ma non controllato al di sotto

Il moto del diaframma sotto la risonanza è pienamente controllato

turbolenza, soffi e distorsione nel condotto in parte eliminati utilizzando il radiatore passivo

 

ridotta distorsione armonica nell’intorno della risonanza

 

Richiede una minore quantità di fonoassorbente e quindi le riflessioni interne sono meno controllate

Maggiore possibilità di controllare il mascheramento causato dalle riflessioni interne al cabinet

Le resistenze in serie e le induttanze in serie snaturano l’allineamente

Le resistenze in serie e le induttanze in serie aumentano il Qtotale

Va progettato contemporaneamente al filtro cross-over

 

 

 

 

cassa chiusa: oscillatore semplice. La molla k2 è molto più lineare di K1

Cassa chiusa

La massa m1 rappresenta il diaframma dell’altoparlante,  K1 e K2 sono le costanti elastiche delle molle (sospensione dell’altoparlante e il volume chiuso).

 

 

Cassa reflex: oscillatore accoppiato

m2 la massa d’aria nel condotto.

Nell’intorno della risonanza determinata da m2 e k2 la massa d’aria all’interno del cabinet risuona e produce una variazione di pressione che si propaga attraverso il condotto ed esce in fase con la radiazione anteriore dell’altoparlante.

reflex con passivo: oscillatore accoppiato con elemento elastico

Circuito meccanico equivalente di un sistema reflex con passivo. Se k3 è piccola può essere trascurata e si torna al sistema reflex.

 

 

 

 

E = generatore di tensione

Rg = impedenza interna del generatore

Ze = impedenza della bobina mobile

Rms = resistenza meccanica del woofer

Mms = Massa dinamica del woofer

Cms = cedevolezza del woofer

Rcassa = perdite per fessurazione

Cvol  = cedevolezza del volume

Rvol = perdite nel volume

Bl = fattore di conversione

 

Radiatore passivo:

Mp = massa del condotto o del passivo

Cp = cedevolezza del passivo

Rp = resistenza meccanica e di radiazione

 

Circuito elettro-meccanico equivalente di un woofer caricato in cassa chiusa, reflex con radiatore passivo. Se il reflex ha il condotto Cp (complianza del passivo) va cortocircuitato. Se la cassa è in sospensione pneumatica il ramo Mp Cp Rp (radiatore passivo) va tolto. Rcassa rappresenta le perdite d’aria per fessurazione. Le perdite per conduzione nel materiale fonoassorbente sono poste in serie a Cvol.  Rvol rappresenta le perdite dovute al materiale fonoassorbente presente nel volume (che dipendono dalla frequenza). In generale gli elementi meccanici ed acustici possono essere ritenuti ragionevolmente costanti almeno finché le dimensioni del cabinet sono piccole rispetto alla lunghezza d’onda e ka è minore di uno.  La difficoltà nella sintesi di questo sistemi sta nella valutazione delle perdite e della impedenza di radiazione sul lato interno del cabinet.. Per chiarezza le impedenze di carico sono state omesse.

 

 

 

Circuito meccanico equivalente di un sistema reflex dove sono state incluse le impedenze di radiazione (anteriore e posteriore) del woofer, le impedenze di radiazione del condotto (End correction interna ed esterna) e le perdite per fessurazione.  In generale le impedenze di radiazione anteriore e posteriore sono diverse e la Zaria posteriore dipende anche dalla presenza dell’assorbente all’interno del volume. Per calcolare la risposta del sistema reflex si deve calcolare la somma vettoriale delle velocità dell’attivo e del portello moltiplicate per le rispettive parti reali dell’impedenza di radiazione. Si deve fare attenzione nel trascurare le impedenze di radiazione specie con altoparlanti dove Mms è bassa.

 

 

Circuito elettrico equivalente di un sistema reflex (un poco semplificato inglobando i carichi).

 

 

Circuito elettrico equivalente semplificato di un sistema reflex con radiatore passivo. Per chiarezza i vari elementi portano le stesse sigle che avevano nel circuito elettro-meccanico.  Se l’altoparlante è in cassa chiusa Rp va cortocircuitato. Se il diffusore è in reflex Cp e Rp vanno tolti. Non ci sono perdite per fessurazione.  L’impedenza meccanica e l’impedenza elettrica danno origine a due circuiti duali e questo rende particolarmente semplice l’analisi e la sintesi dei sistemi di carico con il metodo Quebek.

 

Questa è una tipica funzione di trasferimento reflex che fa riferimento al modello semplificato. Ts è la costante di tempo dl woofer, TB è la costante di tempo corrispondente alla frequenza di accordo.

Questa espressione funziona meglio quando: il cabinet è rigido e senza perdite, il condotto non produce turbolenza, il Q meccanico dell’altoparlante è alto, l’induttanza della bobina mobile è bassa. Appaiono solo Qt  (fattore  di merito totale del woofer e QL (fattore di merito del cabinet). La costante h=fs/fb alfa=Vbox/VAS (confrontare con l’espressione di Novak). Risultati più aderenti si ottengono risolvendo direttamente il modello meccanico e tenendo conto esplicitament dei carici dell’aria e della impedenza della bobina mobile.

Reflex aperiodico:

si tratta di un reflex dove le perdite nel condotto vengono esagerate a tal punto da cancellare (o ridurre fortemente) la risonanza alla frequenza di accordo. Funziona grosso modo come una cassa chiusa. Pochi gli esempi commerciali (forse uno). Quando si chiude un condotto con del materiale fonoassorbente (poliuretano espanso) ma resta ancora un minimo di flusso si ottiene un reflex aperiodico.

I cilindri di poliuretano usati nei diffusori Opera sono lunghi 15 centimetri e occudono perfettamente i condotti trasformando i diffusori in sospensione pneumatica.

Non è ancora chiaro a cosa possa servire un reflex aperiodico.

 

Effetto del filtro Cross-over sull’allineamento

 

 

in questa figura è rappresentata la risposta in frequenza dello stesso woofer da 8” con e senza filtro. Il filtro è un passa basso del secondo ordine con 100uF in parallelo al woofer e 6 mH (+ 0.8 Ohm) in serie.

La traccia nera è lo stesso woofer senza filtro con il livello traslato di +1.5 db.

Per la traccia nera   il volume è di 30 litri con Fb=30 Hz

Per la traccia rossa il volume è di 45 litri con Fb=33 Hz

Ne segue che, a parità di estensione in basso, la presenza del filtro comporta un aumento da 30 a 45 litri (+50%). Più la bobina in serie al woofer è grossa (taglio basso) più è necessario aumentare il volume. Questo comporta anche un incremento di SPL (di 1.5 dB in questo esempio) ma a scapito dell’impedenza e con più ampie rotazione di fase.