Diffusori per Simply

di Mario Bon - 1 aprile 2014 – 4 dicembre 2018 – 21 Aprile 2019

 

Effetti del cavo e del fattore di smorzamento.

 

Gli effetti del fattore di smorzamento e della resistività dei cavi non sono solo misurabili ma sono anche facilmente prevedibili (basta la calcolatrice tipo quella di Windows).

Dati il minimo di impedenza del diffusore (per es. 4 ohm) 3 metri di cavo AWG16 e un amplificatore con fattore di smorzamento pari a 10 si procede in questo modo:

si calcola l’impedenza del cavo

0.0132 ohm per metro

i metri sono 6 (3+3)

0.0132 x 6 = 0.0792 ohm

si calcola l’impedenza di uscita dell’amplificatore

il fattore di smorzamento (10) è calcolato su 8 ohm

8 / 10 = 0.8 ohm

si sommano i due risultati

si ottiene l’impedenza totale vista dai morsetti del diffusore verso l’amplificatore

0.8 + 0.0792 = 0.8792

A questo punto si vede quanto il cavo influenzi l’ascolto

si calcola il partitore resistivo:

il carico minimo (in questo caso) è 4 ohm

4 / (4 + 0.8792) =

0.819

si calcola il logaritmo in base 10 e si moltiplica per 20

10 x log10 (0.819) =

- 1.72 dB

Con i valori dati l’attenuazione alla frequenza dove si riscontra il minimo di impedenza del diffusore è di 1.72 dB. Togliamo pure mezzo dB (per tenere conto di un massimo di impedenza tra 10 e 20 ohm) e risulta 1.2 dB di attenuazione che è assolutamente udibile. L’attenuazione dovrebbe risultare inferiore a mezzo dB.

E’ del tutto evidente che, quando il fattore di smorzamento è basso, il cavo diventa meno determinante e apprezzare delle differenze cambiando i cavi è molto meno probabile (specie se si tratta di cavi di buona qualità).

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Casse, amplificatori e massimo SPL

 

Per un amplificatore, quello che conta è la tensione garantita sul carico. Consideriamo l’Unico 100. La massima tensione garantita sul carico è quella che l’amplificatore produce sul carico minimo tollerabile che normalmente vale 2 ohm. Nota: se il carico minimo è di 2 ohm significa che la parte reale della impedenza di un diffusore acustico non dovrebbe scendere al di sotto di questo valore.

 

Unico 100 su 8 ohm +23.40 dB

Unico 100 su 4 ohm +22.59 dB

Unico 100 su 2 ohm +20.95 dB

 

L’ Unico 100 va considerato 125 Watt RMS su 8 ohm che consente di ottenere +21 dB di SPL su qualsiasi carico compreso tra 2 e 16 ohm. Sui carichi alti si ottiene un paio di dB in più.

 

Diffusori per Simply

Diffusori a bassa impedenza  e amplificatori a valvole.

 

Il fattore di smorzamento minimo per una differenza di mezzo dB tra l’SPL massimo prodotto da un diffusore a 4 ohm è 16. Ne segue che il valore 20, generalmente indicato, è corretto e nemmeno troppo conservativo.

Tra un woofer a 4 ohm e la sua versione a 8 ohm ci sono circa 2-2.5 dB di differenza in SPL con 2.83Vrms.

Tale differenza viene annullata dal fattore di smorzamento. Se invece si usano due woofer da 4 ohm in serie si mantengono i due dB in più di sensibilità.

 

Risposta di due sistemi di altoparlanti (da 4 e 8 ohm nominali) collegati ad un amplificatore a valvole con 1.7 ohm di impedenza di uscita (mono triodo)

la scala è 2.5 dB divisione. Ci sono quasi due dB di differenza

 

Il tema è quantificare la variazione di SPL prodotta da un diffusore in funzione del fattore di smorzamento dell’amplificatore stesso.

 

RapV = ( Z2/Z1 ) ( Z2+Rgen ) / ( Z1+Rgen )

 

La domanda cui rispondere è:

è meglio aumentare l’impedenza o aumentare la sensibilità? Se il fattore di smorzamento è minore di 16 conviene aumentare l’impedenza.

 

Qui di seguito vengono considerati Il Simply Italy, Performance, Unico 100 e Unico 150 (prototipo)

e alcuni diffusori a bassa impedenza. L’impedenza delle MAX_1 (prototipo con woofer da 12” e tromba) è stata regolarizzata e sono state fatte le misure di confronto (con e senza regolazione).

 

Lo stimolo utilizzato per la misura è rumore rosa con banda passante da 32 a 16kHz misurato a terzi di ottava. Il cavo usato per collegare i diffusori è un Kimber lungo 5 metri. Tutte le misure sono relative.

 

In questo grafico ogni divisione vale un dB.

Simply Italy: variazione della tensione di carico al variare del carico resistivo 3.3 4.7 8.2 e 10 ohm. Tra il carico massimo di 10 ohm ed il minimo di 3.3 ci sono oltre 2.5 dB di differenza. La tensione a vuoto (non misurata in questo caso) è circa 2 dB sopra la tensione prodotta su 8 ohm. Questo porta la differenza di SPL ottenibile con carico a 3.3 ohm e carico “infinito” a circa 4.5 dB.

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 Nota: il Performance produce 40 watt su 8 ohm che corrisponde a +16 dB di SPL max su 4 ohm diventano 13 dB 

 

Simply Italy confronto tra la tensione ai morsetti di uscita con MAX_1 (Viola) ed il diffusore prototipo con 4EA14 (Rosso). Grafico con 2 dB divisione

Traccia nera: tensione a vuoto

Traccia verde: tensione con carico resistivo da 8.25 ohm

La 4EA14 Suona un dB sotto alla cassa MAX_1 per effetto della bassa impedenza (più altri 3.4 per la minore sensibilità). La differenza dovrebbe quindi essere attorno a 4.4 dB

Sui carichi alti, la tensione di uscita si avvicina alla tensione a vuoto.

 

Amplificatore: Simply Italy. Traccia verde: tensione ai capi del diffusore di prova (MAX_1) con impedenza non compensata. Traccia arancio: MAX_1 con impedenza compensata. Traccia nera: tensione a vuoto. La parte in blu corrisponde alla traccia verde.

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Simply Italy con diffusore Callas 2007 (4 ohm nominali). Grafico con 2 dB divisione

Diverso tasso di controreazione (meno variazione ma anche meno tensione)

Traccia nera: tensione a vuoto

Traccia verde: carico resistivo da 8.25 ohm

Traccia arancio: controreazione bassa (spettro blu).

Traccia rossa: controreazione alta (spettro blu).

Performance con Callas 2007. Grafico con 2 dB divisione

Traccia nera: tensione a vuoto

Traccia verde: 8.25 ohm

Traccia arancio: uscita 8 ohm

Traccia rossa: uscita 4 ohm (meno variazione ma anche meno tensione)

 

 

Simply Italy (e amplificatori a valvole in generale):

 

potenza su 8 ohm = 10 Wrms, tensione sul carico = 8.94 Vrms

potenza su 4 ohm = 9.9 Wrms, tensione sul carico = 6.3 Vrms

Impedenza di uscita 1.7 ohm

massima corrente 1.11 Arms tra circa 4 e 10 ohm (poi diminuisce).

Una sola coppia di connettori di uscita per una impedenza nominale di 6 ohm (da 4 a 10 ohm di carico)

 

Carico limite del Simply Italy misurato da Audio Review. La potenza erogata è di 10 Wrms per carichi inferiori a 4 ohm. Quello che conta è la tensione di uscita:

10 watt 8 ohm -> 8.944  -> SPLmax * +10 dB   perde 0 dB

10 watt 6 ohm -> 6.325  -> SPLmax * +8 dB     perde 2 dB

10 watt 5 ohm -> 6.325  -> SPLmax * +8.73 dB perde 1.27 dB

10 watt 4 ohm -> 6.325  -> SPLmax * +7 dB     perde 3 dB

ciò significa che il

 

-          massimo SPL ottenibile su 8 ohm vale 20log(8.94/2.83) = 10 dB in più rispetto SPL0 del diffusore

-          massimo SPL ottenibile su 4 ohm vale 20log(6.3/2.83) = 6.95 dB in più rispetto SPL0 del diffusore

 

In pratica con un carico di 4 ohm l’ SPL ottenibile è 3 dB più basso rispetto ad un carico da 8 ohm quindi.

Ne segue che diffusore da 94 dB a 4 ohm e un diffusore da 91 dB a 8 ohm producono lo stesso livello SPL massimo. Vedere Sensibilità ponderata.

 

Simply Italy con una Mezza e con due Mezza collegate in serie per simulare il raddoppio dell’impedenza. Grafico con 1 dB divisione. Traccia nera: tensione a vuoto; Traccia verde: Mezza (4 ohm nominale); traccia rossa: due Mezza collegate in serie (8 ohm). Guadagna 1.5 dB attorno a 200 Hz.

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Simply Italy con Mezza 2012 (4 ohm nominali). Grafico con 2 dB divisione

Traccia nera: tensione a vuoto

Traccia rossa: con diffusore (spettro blu).

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collegato alla Mezza: carico = Z

collegato a due mezze collegate in serie: carico = 2Z

Simply Italy: distorsione integrale: si confronta la distorsione con carico reale di valore uno doppio dell’altro (4 e 8 ohm). La differenza si vede molto bene e sfiora i 10 dB (un fattore 3 come dire passa dall’1% al 3%)

 

sovrapposizone dei grafici di DI precedenti

 

il grafico fa 2 dB per divisione quindi la distorsione al minimo raddoppia (o più)

 

la misura vale fino a 2000 Hz

 

Attenzione: questa è distorsione di intermodulazione udibile.

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Impedenza dalla Grand Mezza

Misurata da Audio Review

 

Il minimo della parte reale vale 3.65 a 87 Hz

 

Il minimo modulo è a 100 Hz circa (80-150 Hz)

Da 1500 Hz in su l’impedenza è  praticamente di 10 ohm e il Simply Italy produce sul carico la tensione per un carico da 8.25 ohm resistivi.

 

 

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Simply Italy con Grand Mezza (4 ohm nominali). Grafico con 2 dB divisione

Traccia nera: tensione a vuoto

Traccia verde: tensione con carico resistivo da 8.25 ohm

Traccia rossa: con diffusore (spettro blu).

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Simply Italy con Grand Mezza 2012 (4 ohm nominali). Grafico con 2 dB divisione

Traccia nera: tensione a vuoto

Traccia rossa: con diffusore (spettro blu).

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Impedenza della Callas 2007 misurata da Audio Review.

 

 

Il minimo della parte reale vale 3.44ohm a 140 Hz

 

Supera i 10 ohm tra 800 e 3000 Hz dove il Simply Italy rimane sol un dB sotto alla tensione a vuoto.

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Simply Italy con Callas 2007 (4 ohm nominali). Grafico con 2 dB divisione

Traccia nera: tensione a vuoto

Traccia verde: tensione con carico resistivo da 8.25 ohm

Traccia rossa: con diffusore (spettro blu).

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Simply Italy con Callas 2014 con U18 a 4 e a 8 ohm. Grafico con 2 dB divisione

Traccia nera: tensione a vuoto

Traccia Verde: Callas a 8 ohm (prototipo non prodotto

Traccia rossa: Callas a 4 ohm (spettro blu).

Questo case è particolarmente interessante perché la differenza di sensibilità dei due diffusori con 2.83 Vrms è di 2 dB. Con il Simply la cassa a 8 ohm ha un SPL max inferiore di un solo dB quindi è pensabile, visto l’andamento della distorsione del Simply che la versione a 8 ohm suoni meglio e una differenza di 1 dB non è nemmeno facile da sentire.

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Simply Italy con Quinta 2014 (4 ohm nominali).  Grafico con 2 dB divisione

Traccia nera: tensione a vuoto

Traccia verde: tensione con carico resistivo da 8.25 ohm

Traccia rossa: con diffusore (spettro blu).

 

Simply Italy con Quinta 2011 (4 ohm nominali). Grafico con 2 dB divisione

Traccia nera: tensione a vuoto

Traccia verde: tensione con carico resistivo da 8.25 ohm

Traccia rossa: con diffusore (spettro blu).

 

La relazione tra le tensioni prodotte da un ampli non retroazionato su carichi diversi è

 

(V2/V1) = (Z2/Z1) (Z1+ Rgen)/(Z2 + Rgen)

 

se Rgen = 0 il rapporto vale 1 e l’amplificatore è un generatore di tensione ideale.

La differnza di tensione sul carico dipende da Rgen: più è alta maggiore è la variazione. Ne segue che per il Simply (Rgen=1.7) conviene fissarsi su questo aspetto mentre quando il fattore di smorzamento vale da 16 in su la cosa perde di interesse.

 

Amplificatori Ibridi Unico 100 e 150

 

Amplificatore Unico 100 – diffusore di prova con e senza correzione dell’impedenza. L’Unico 100 presenta un fattore di smorzamento maggiore di 220. La risposta ai morsetti di uscita dell’amplificatore è ampiamente indipendente dalle condizioni di carico. L’impedenza del diffusore influenza la tensione in modo quasi invisibile ed è molto vicina alla tensione a vuoto (parte blu = tensione a vuoto).

 

Amplificatore: Unico 150 (prototipo). Lo stadio di uscita non è controreazionato ed il fattore di smorzamento non è elevatissimo. Traccia arancio: tensione ai capo del diffusore di prova con impedenza non compensata. Traccia verde: impedenza compensata. Traccia nera: tensione a vuoto (come la parte blu).

 

Conclusione

 

Quando il suono di un diffusore cambia sensibilmente cambiando amplificatore la “colpa” è da attribuire:

 

-          il fattore di smorzamento dell’amplificatore

-          un cavo di sezione troppo sottile e molto lungo (resistenza nell’ordine dei decimi di ohm o più)

 

Per valutate il suono di un diffusore acustico bisogna collegarlo ad un amplificatore con un fattore di smorzamento alto e con un cavo a bassa resisitività (per esempio AWG 10). 

 

E’ illusorio pensare di utilizzare un amplificatore a valvole con diffusori a bassa impedenza.

Un ampli a valvole va collegato esclusivamente a diffusori con impedenza molto alta e molto regolare.

L’uscita a 4 ohm non serve a nulla (perde 3 dB di sensibilità).

 

Il Simply Italy è un Amplificatore con impedenza di uscita di 1.7 ohm il che rende molto vantaggioso aumentare l’impedenza dei diffusori.