Riduzione della fatica di ascolto mediante sistemazione ottimale di SPK dedicati al radio ascolto by Mario IK1SPF

Menu

Ho pensato di mettere sul sito questa soluzione, la quale permette una riduzione parziale della fatica di ascolto durante lunghe sessioni di impiego. pagina contenente alcune indicazioni sulla scelta di altoparlanti in base al loro impiego.

Gli RX radioamatoriali analogici o digitali che siano, in molti modelli rimangono penalizzati nelle loro prestazioni audio dal contenitore dal layout inadatto, potendo contenere solo piccoli altoparlanti e non sempre di buona qualità,  condizioni queste per cui il Sound Pressure Level (SPL), decresce al diminuire della frequenza penalizzando le frequenze basse della voce, ma favorendo le armoniche, oltre a essere affetti da fastidiose risonanze, deformando all'ascolto la risposta dei nostri amati filtri IF, va da sé che di solito si supplisce con uno SPK esterno di maggiori dimensioni, ma naturalmente a meno che non siano auto-costruiti copiando i contenitori dei medi Hi FI, insomma vengono montati in contenitori poco osservanti delle regole dell'acustica.

Ovviamente l'impiego di una cuffia risolve il problema, ma deve essere per comunicazioni vocali, funzionanti tra 200 e 3KHz (molto rare e costose) mentre  le cuffie normali hanno caratteristiche adatte alla normale HI FI, ma inadatte a questo scopo e poi quando fa caldo danno fastidio, la soluzione da me trovata e che vado a descrivere, costa poco e forse permette di utilizzare degli SPK già in possesso, parlo al plurale perché ne occorre una coppia dovendo imitare delle cuffie come si vedrà alla fine, quelli da me utilizzati sono dei medi HI FI, dal suono più pastoso e con risposta adatta alla voce, quindi meno aggressivo, più "umano", infine si sono dimostrati vincenti rispetto agli SPK esterni disponibili sul mercato, surclassando poi quelli montati negli apparati.

Quanto scrivo, prende dall'esperienza accumulata giocando con casse acustiche e altoparlanti Hi Fi, che studio volentieri, tant'è che le casse acustiche del mio impianto HI FI, cambiano continuamente mano mano che gioco con le casse acutstiche, quando trovo un buon set up adatto anche all'ascolto Radio lo tengo per un po', poi giocando lo modifico e l'impianto a volte diventa a mio parere uno schifo,

Come sappiamo il migliore trasporto di una informazione, si ha quando il mezzo é di caratteristiche appena sufficienti a trasportarla senza alterazioni, a questa regola sottostanno anche i sistemi audio del RX, trovandosi all'interno del mezzo di trasporto.

Bene l'alta fedeltà insegna come uno SPK possa funzionare correttamente se in relazione alla gamma da riprodurre può comportarsi come un rigido pistone acustico , in teoria..., ma come sempre nel mondo reale questo non accade, se da un lato lo SPK deve avere diametro sufficiente per avere carico sull'aria fino alle frequenze basse che è chiamato a riprodurre, mentre per le frequenze alte il suo funzionamento è accettabile solo fino a quando il diametro del cono non sia superiore alla massima lunghezza d'onda da riprodurre, con diametri maggiori le deformazioni e le conseguenti onde stazionarie generate sia dal cono che "scampana" sia dalla sospensione costruita con materiali inadatti ad assorbire energia meccanica a frequenze elevate senza rifletterla.

Queste "focalizzazioni" nella parte alta della gamma, essendo larghe pochi Hz e dal Q molto elevato, sono impossibili da eliminare e molto fastidiose da ascoltare per gli schiocchi e i sibili generati, con SPK  di scarsa qualità poi il fenomeno sarà ancora più fastidioso, per cercare di ovviare a questa situazione alcuni SPK Hi Fi, montano al centro del cono una sorta di ogiva sagomata in funzione di rifrattore, atto a ridurre le onde stazionarie causa del problema.

Per determinare il diametro del nostro SPK che assumo di qualità Hi Fi, occorre dividere la velocità del suono di ~340 m/s per 2,7 KHz (considerandone il valore come adatto), si ricava una lunghezza d'onda acustica di ~12,6 cm, che è all'indica la massima applicabile ad uno SPK di 11-13 cm di diametro, 1/2 sospensione compresa.

Dovendo poi riprodurre con linearità frequenze inferiori fino a 200 Hz, deve possedere una buona cedevolezza per essere montato in cassa chiusa, con un volume escluso lo SPK di non meno di 5 litri, riempita di materiale assorbente a celle aperte senza pressare, soluzione necessaria per eliminare il corto circuito acustico tra i segnali fronte/retro dello SPK, che essendo in opposizione di fase, tendono ad annullarsi  mano a mano che si scende con il tono di prova, deformando la linearità della risposta audio, ora: con i limiti di frequenza dati, l'impiego di uno SPK qualsiasi non é il massimo, occorre come detto uno SPK di buone qualità che assomigli ad un medio, magari un po morbido di tipo HI FI.

SPK ottimi per la pastosità della voce non devono essere rigidi, preferibilmente avere il cono leggero e in fibra naturale, la sospensione soffice, una escursione lineare di non meno di +/- 3mm, (almeno per questo impiego) e una potenza accettata > di 10W, naturalmente non per lavorare a questa potenza, ma per avere a volume normale, la bobina mobile sempre immersa nella parte costante del campo magnetico, condizione essenziale per una conversione lineare elettrica/meccanica/sonora, se tutti questi requisiti sono soddisfatti, si potrà contare su un audio che può forse ricordare la pastosità delle radio a valvole di una volta, non avendo disponibili SPK di questo tipo, che possono anche essere costosi, vanno bene anche con sospensione in foam o gomma naturalmente ma di qualità Hi Fi.







Veniamo alla cassa acustica, la quale deve essere costruita con materiale denso e rigido, tipo MDF, con spessore di non meno di 10 15 mm, per ridurne le vibrazioni, inoltre é necessario dovendo ridurre le risonanze interne che i rapporti dimensionali siano dispari e lontani il più possibile dalla forma del cubo, se non può essere diversamente, inserire almeno un setto che renda il volume interno diviso in modo asimmetrico, comunque sia, il volume sarà riempito almeno per tre quarti da assorbente acustico a celle aperte senza pressare, come optional: suggerisco di montare un commutatore per il by pass e/o la selezione di più filtri.

Già, il filtro: non dovrebbe essere necessario, ci sono già nel RX, la questione é che tra il filtro IF e lo SPK, a volte si trovano circuiti che possono aggiungere rumore e segnali indesiderati o filtri, comunque: scartando a priori i 6 dB/ottava per la scarsa attenuazione e i più complessi 18 e 24 dB/ottava che con le loro pendenze possono interagire con i fianchi dei filtri IF, conviene adottare non un semplice passa basso, ma un più opportuno passa banda da 12 dB/ottava, in modo da ridurre suoni e rumori non necessari.

Prima di utilizzare uno SPK, é necessario compensarlo.

L'impedenza di uno SPK la si può descrivere semplicemente come un dipolo composto da una resistenza di 5/6 Ohm in serie a un'induttanza da 0,25/0,45 mH, questi sono valori per un SPK medio basso da 8 Ohm, se si osserva la curva dell'impedenza di color nero nella Figura 2, si nota che questa rimane solo per poco più di un terzo della sua estensione al valore nominale, centrato attorno a 750 Hz e che a 3 KHz la sua induttanza potrebbe far salire l'impedenza oltre i 30 Ohm con progressione esponenziale, di solito condizione ininfluente se lo SPK é collegato direttamente ad un amplificatore, ma deleteria come carico per un filtro, che al salire della frequenza si troverà via via sotto caricato, tendendo a risuonare, sicché si avrà distorsione di linearità con incremento del SPL nella parte alta della gamma, inconveniente risolvibile con una rete serie R-C detta di Zobel posta in parallelo allo SPK.

I valori di questa rete variano da caso a caso, ma si possono trovare facilmente, per la R: si utilizza un tester di buona qualità, considerando uno SPK di 8 Ohm, questo valore sarà di 5/6 Ohm da incrementare poi per una migliore compensazione di un 10 %, quindi una 6,8 Ohm da qualche W va bene, mentre per non perdere tempo, il condensatore va cercato partendo da 6,8 uF, valore ottenuto da un elettrolitico bi-polarizzato o meglio da un polipropilene.

Per ottenere il valore esatto di C, si collegano in parallelo allo SPK: la rete di Zobel composta da 6,8 Ohm e 6,8 uF, un Voltmetro BF con portata di 100 mV f.s. e un Generatore di BF con impedenza di uscita media, vanno bene i canonici 600 Ohm, oppure: impiegando un RX SSB battente su un segnale stabile, previo inserimento in serie all'uscita di una R di 560/680 Ohm, ad ogni modo: ci si posiziona con la frequenza del generatore +/- al centro della curva d'impedenza, che di solito per questi SPK è attorno a 700/800 Hz, si regola l'uscita del generatore fino a portare l'indice del Voltmetro a metà scala.

Fatto ciò, scorrendo la frequenza verso l'alto, fino ad almeno 10 KHz, notare: se il valore letto dal Voltmetro sale, aumentare il valore del condensatore, viceversa diminuirlo, procedendo in questo modo per tentativi fino a quando la tensione indicata avrà variazione quasi nulla, come è visibile con la curva rossa in Figura 2, a questo punto per il nostro impiego, lo SPK è compensato, mentre nella Figura 1 qui sotto si vedono lo schema di collegamento di due SPK uguali, uno non compensato rappresentato da R1-L2, l'altro compensato da R2/L1 con in parallelo la rete di Zobel R5/C1, mentre R3-R4-V1 simulano il generatore.


Figura 1





Figura 2

Siamo ai componenti del filtro, calcolabili facilmente con le seguenti formule semplificate: per i condensatori espressi in uF con 112500 / (frequenza x impedenza) e per le induttanze espresse in mH con (225 x impedenza) / frequenza; la tabellina contiene i valori già calcolati per 250 e 2700 Hz, a 4, 8, 16 Ω, anche se quest'ultimo valore è ormai obsoleto.

12 dB ottava a 4 Ω:   C2 = 112 uF, L1 =   3,6 mH, C1 = 10,4 uF, L2 = 0,33 mH

12 dB ottava a 8 Ω:   C2 =   56 uF, L1 =   7,2 mH, C1 =   5,2 uF, L2 = 0,67 mH

12 db ottava a 16 Ω: C2 =   28 uF, L1 = 14,4 mH, C1 =   2,6 uF, L2 = 1,33 mH

Guardando però in Figura 3 lo schema del filtro si noterà che alcuni valori non corrispondono a quelli calcolati e non è un errore, ciò accade perché i componenti reali non sono perfetti, quindi per avere una simulazione valida, occorre inserire in serie alle induttanze almeno la resistenza serie, inoltre l'interazione reciproca delle sezioni p. alto e p. basso del filtro connesse in serie, complice lo SPK che non è una resistenza pura, la risposta viene alterata, si ripristina modificandone sperimentalmente alcuni valori, quindi per il tagli 250 e 2700 Hz a 8 Ohm, vanno bene i valori in Figura 3, dove sia la simulazione sia la misura sul filtro fisico, hanno dato risultati sovrapponibili.

V1 e R1, simulano il generatore. C1, C2, L1, L2, rappresentano il filtro. R2, C3, la compensazione. R3/L3, lo SPK.


Figura 3





In Figura 4 é visibile il comportamento del filtro calcolato e corretto, dove in nero abbiamo la risposta in frequenza e in rosso la rotazione di fase, quì simulate, ma rispondenti alla misura reale.

L'attenuazione di 7,5 dB vista a ~800 Hz, é composta da -6 dB dovuti alla R da 8 Ohm in serie al generatore per simulare l'impedenza, gli 1,5 dB restanti sono relativi alle perdite dovute ai componenti del filtro che si riscontreranno in pratica.


Figura 4





Se avete avuto il coraggio di seguirmi fin quì, vorrei invitarvi a sperimentare questo set-Up che mi ha dato buoni risultati:

Posizionando una coppia di casse identiche, simmetricamente equidistanti dalla testa, potremo percepire il suono come generato al suo interno, un po' come se si usasse una cuffia, ma liberi dal suo fastidio, naturalmente le casse possono essere collegate in serie o in parallelo in dipendenza dell'impedenza di uscita del RX, per verificare il corretto collegamento e quindi la fase del suono emesso, se il suono non risultasse centrato nella testa, invertire i terminali di uno SPK e tutto andrà a posto.

Per le simulazioni elettriche ho impiegato Microcap11, software piuttosto completo, gira con i vari Windows e con Linux tramite WINE sia con l'ultima distribuzione di Fedora sia con Ubuntu 14.04, ed è scaricabile all'indirizzo: http://www.spectrum-soft.com/demo.htm, mentre per le misure acustiche Visual Analyzer scaricabile dal sito.
Due software che consiglio di provare se siete interessati all' audio 
Credo di aver detto tutto. Per brevi info potete contattarmi cliccando su info.



Mario IK1SPF