Progetto SubWoofer RCF LF21N451

Presentazione del Progetto SubWoofer RCF LF21N451 eseguito con Massimiliano Camboni

Diametro nominale : 21″ (530mm)

Tenuta in potenza RMS : 1500 W

Sensibilità : 98.5 dB/1W/1m

Fs: 30 Hz

Qts: 0.24

Vas : 440 dm3

Xmax : 10.2 mm

Escursione limite: 60 mm

Per il progetto SubWoofer RCF LF21N451, i dati più rilevanti da considerare nella scelta sono:

Sensibilità elevata

Frequenza di risonanza il più possibile bassa (Fs = 30 Hz, in questo caso)

Qts (Fattore di merito totale) minore di 0.5 (in questo caso Qts = 0.24)

L’escursione massima è ovviamente importante per un subwoofer, in quanto è soprattutto questo parametro che limita la tenuta in potenza del sistema.
In una realizzazione come questa, in doppio carico reflex, lo è ancora di più: i 60 mm di escursione prima del danneggiamento ci consentono comunque una certa tranquillità, anche se sappiamo che al di sotto della frequenza di accordo tutti i sistemi reflex tendono a perdere controllo e a raggiungere escursioni molto grandi.
Inoltre il filtraggio passabanda imposto dal sistema rende la distorsione di break-down meno udibile e quindi è più difficile percepire ad orecchio quando l’altoparlante è oltre il limite.
La scelta di una frequenza di accordo molto bassa (come vedremo di 28.5 Hz) fa sì che l’escursione cominci a diventare critica solo per frequenze estremamente basse e potenze molto elevate, consentendo di non eccedere la corsa limite con il normale segnale musicale.

2) SIMULAZIONE

Utilizzando i parametri dichiarati andiamo a simulare il carico doppio reflex, cercando un giusto compromesso tra dimensione del mobile e risposta in frequenza.
Con un cabinet di dimensioni esterne 800 x 800 x 800 mm realizzato con materiale di spessore 30 mm, considerando i volumi sottratti dal woofer, dai condotti e dal pannello di divisione, otteniamo circa 389 dm3 netti.
Consideriamo comunque un volume virtuale maggiorato di circa il 2%, che porta a 396 dm3 utili.
I due volumi presenteranno una coibentazione di fonoassorbente del tutto assente o comunque di piccola entità.
A questo punto è necessario effettuare la giusta ripartizione tra volume frontale e volume posteriore.
Partiamo da una ripartizione 25% – 75% con un volume totale pari al Vas dell’altoparlante (440 dm3) ed andiamo a trovare le frequenze di accordo anteriore e posteriore che consentano di ottenere una risposta lineare.
Come punto di partenza poniamo la frequenza di accordo posteriore uguale alla Fs del woofer in aria libera e la frequenza di accordo anteriore uguale al doppio della Fs.
Aumentando il volume anteriore si riesce ad abbassare la frequenza di accordo anteriore, avvicinandola a quella posteriore ed evitando cali di risposta a centro banda.
Per contro l’aumento del volume anteriore obbliga a ridurre il volume posteriore e di conseguenza ad innalzare la frequenza di accordo posteriore.Procedendo per tentativi, riducendo i volumi per rientrare nei 396 dm3 totali che abbiamo a disposizione otteniamo un buon compromesso con i seguenti valori:

Volume Anteriore: 117.0 dm3

Volume Posteriore: 274.5 dm3

Fb Anteriore: 56 Hz

Fb Posteriore: 28.5 Hz

Come si vede dalle simulazioni, delle piccole variazioni delle frequenze di accordo anteriore o posteriore producono variazioni sensibili nella risposta in frequenza.

Per un buon risultato del progetto SubWoofer RCF LF21N451 sarà necessario accertarsi che le frequenze di accordo effettive dei due volumi corrispondano a quanto simulato.

Per facilitare questa messa a punto, il mobile è stato progettato in modo da consentire, con la semplice rimozione di due pannelli, di aprire completamente i due volumi anteriore e posteriore e di verificare così la loro frequenza di accordo.
Vedremo in seguito come sfruttare questa peculiarità.
La frequenza di risonanza molto bassa del volume posteriore, unita alla necessità di utilizzare condotti di grande sezione per evitare compressioni e rumori aerodinamici porta inevitabilmente a condotti piuttosto lunghi.
In generale ci dobbiamo sempre assicurare che la superficie totale dei condotti sia dell’ordine del 25% della superficie dell’altoparlante e comunque non inferiore.
In questo caso optiamo per l’utilizzo di 6 condotti che, con una superficie dell’altoparlante (considerato il diametro di 530 mm, raggio 265 mm, S = R x R x 3.14) pari a 2206 cm2 porta ad una superficie totale dei condotti pari a 552 cm2, con 92 cm2 per condotto, che significa un diametro minimo di 108 mm.
Utilizziamo condotti commerciali con diametro interno pari a 110 mm.
I calcoli ci dicono che i condotti posteriori dovranno essere lunghi 300 mm e quelli anteriori 130 mm: queste lunghezze dovranno essere modificate fino all?ottenimento delle frequenze di accordo necessarie.

3) MISURA CON ENTRAMBI I VOLUMI APERTI

Per tarare in maniera precisa le frequenze di accordo dei volumi anteriore e posteriore, la prima cosa da fare è misurare la frequenza di risonanza dell’altoparlante montato su pannello e con entrambi i volumi aperti. In questo caso misuriamo 32.3 Hz, molto vicino alla frequenza di risonanza in aria libera (Fs = 30 Hz) dichiarata.

In seguito chiameremo questa frequenza Fsa = 32.3 Hz = Fs a volumi aperti

4) ACCORDO DELLA CAMERA FRONTALE

Secondo il progetto la camera frontale deve essere accordata a 56 Hz.
Per verificare ciò effettuiamo delle misure con il volume frontale chiuso ed il volume posteriore aperto.
Partiamo con i condotti di lunghezza pari a quanto simulato per andarli ad allungare o accorciare fino ad ottenere la frequenza di accordo richiesta. La misura presenta 2 picchi di impedenza in corrispondenza di due frequenze che chiameremo Fbf1 ed Fbf2.

Nel grafico abbiamo Fbf1 = 20.7 Hz ed Fbf2 = 87.7 Hz.
Calcoliamo la frequenza di accordo del volume anteriore come segue:
Fbf = (Fbf1 * Fbf2) / Fsa
Con i valori misurati abbiamo:
Fbf = (20.7 * 87.7) / 32.3 = 56.2 Hz
Questa frequenza di accordo, ovviamente ottenuta dopo alcune prove, è accettabile ed i condotti hanno una lunghezza di 40 mm.
Se otteniamo Fbf maggiore di quanto richiesto dobbiamo allungare i condotti e ripetere la misura.
Se otteniamo Fbf minore di quanto richiesto dobbiamo accorciare i condotti e ripetere la misura.
Infatti (a pari volume di caricamento) l’allungamento dei condotti produce l’abbassamento della frequenza di accordo e viceversa il loro accorciamento ne produce l’innalzamento.

5) ACCORDO DELLA CAMERA POSTERIORE

La camera posteriore deve essere accordata a 28.5 Hz.
Per verificare ciò effettuiamo delle misure con il volume posteriore chiuso ed il volume frontale aperto.
Partiamo con i condotti di lunghezza pari a quanto simulato per andarli ad allungare o accorciare fino ad ottenere la frequenza di accordo richiesta.La misura presenta 2 picchi di impedenza in corrispondenza di due frequenze che chiameremo Fbp1 ed Fbp2.

Nel grafico abbiamo Fbp1 = 16.1 Hz ed Fbp2 = 57.3 Hz.
Calcoliamo la frequenza di accordo del volume anteriore come segue:
Fbp = (Fbp1 * Fbp2) / Fsa
Con i valori misurati abbiamo:
Fbp = (16.1 * 57.3) / 32.3 = 28.6 Hz
Questa frequenza di accordo, ottenuta dopo alcune prove, è accettabile ed i condotti hanno una lunghezza di 350 mm.
Se otteniamo Fbp maggiore di quanto richiesto dovremo allungare i condotti e ripetere la misura.
Se otteniamo Fbp minore di quanto richiesto dobbiamo accorciare i condotti e ripetere la misura.
Infatti (a pari volume di caricamento) l’allungamento dei condotti produce l’abbassamento della frequenza di accordo e viceversa il loro accorciamento ne produce l’innalzamento.

FINITO! il progetto SubWoofer RCF LF21N451 è completato.

Ringrazio Massimiliano Camboni per la sua disponibilità e collaborazione a questo progetto, eseguito con il suo software E.A.M.S. per il rilievo dei parametri Thielle & Small e L.R.S.S. per il calcolo e simulazione dei diffusori audio, descritti in questa pagina.