Dicembre 2013

Analizziamo gli altoparlanti
delle Scythe Kro Craft revB



IL MIDWOOFER


Midwoofer Scythe Kro Craft revB

Grafici alla mano, sembrerebbe avere di fronte un “banda estesa”; diametro nominale di  4”, con magnete davvero corposo e schermato. Il cono è presumibilmente in sandwich di alluminio e cellulosa , e non ha bisogno di parapolvere perchè concepito come una cupola rovesciata. La sospensione esterna è in gomma. Nel complesso è molto simile ad un modello commercializzato dalla HIVI (ottimo marchio orientale) , e non mi meraviglierei  se davvero lo costruisse questa azienda. Ma non ne ho la benchè minima certezza.

Risposta anecoica - midwoofer Scythe Kro Craft revB


Il nostro bel wooferino da 4” ha una efficienza bassina (siamo sugli 83-84dB/2.83V/1mt) ma riesce ad arrivare a frequenze degne di un tweeter;  a dire il vero ci arriva in maniera molto sofferta. Il particolare materiale della membrana (sandwich tra alluminio, o chissà quale lega, e probabilmente cellulosa) è concepito per estendere la zona di funzionamento a pistone, e linearizzare la prima gamma media. Ma come abitudine di molte membrane “metalliche” fa pagare lo scotto con un rilascio di energia copioso ed improvviso nella successiva zona di breakup, che qui riconosciamo in quel brutto picco centrato a 10 Khz. La buona notizia è che tale frequenza è posta comunque piuttosto in alto, ed inoltre, dopo quel picco, il decadimento della risposta apparirebbe sufficientemente pulito; ricordo che le risonanze con un Q elevato, hanno un lento smorzamento nel tempo, percui i problemi di talune irregolarità di risposta, non sono solo legati alla sola risposta in frequenza, ma ce li ritroviamo anche sotto altre forme più subdole (come quella visibile nel grafico del decadimento nel tempo, che vedremo dopo). Non dimentichiamo, poi, che le Scythe Kro Craft originali lasciano lavorare il woofer senza nessun filtraggio! Cosa che, per i problemi appena citati, può determinare alcuni problemi all’ascolto del diffusore originale. Problemi che io vorrei quantomeno ridurre. Passando alla valutazione della dispersione a 30°, mi pare che sia ottima fino a circa 4 Khz; frequenza che prenderò come riferimento massimo per un eventuale incrocio acustico con il tweeter, al fine di non creare grosse irregolarità nella risposta complessiva. Le piccole irregolarità della risposta che notate a 400 ed a 600hz non sono a carico dell’altoparlante, ma della emissione posteriore del condotto di accordo (spurie); il problema è che il microfono di misura, nel caso di queste  Scythe, riesce a captarle anche ad una certa distanza dal retro del diffusore, ed anche se un po’ disassato dal condotto stesso. Dunque sono reali (e non provocate dalla particolare modalità di misura adottata per la gamma bassa, come talvolta capita a chi non dispone di una reale camera anecoica) ;  di conseguenza nella realtà qualcosina avranno da dire. Ma non allarmiamoci troppo: stiamo parlando di un diffusore davvero entry-level.

Modulo e fase dell'impedenza - midwoofer Scythe Kro Craft revB originali

Notevole la regolarità della curva di impedenza dell’economico midwoofer, senza le solite incertezze in gamma media proprie di molti prodotti di pari stirpe.  Considerando anche il pulitissimo e simmetrico picco alla Fs (frequenza di risonanza) l’altoparlante apparirebbe costruttivamente sano.

PARAMETRI Thiele-Small
( misurati con il metodo della massa aggiunta, tramite una serie di segnali sinusoidali ad 1/48 oct , con ampiezza di  80mV RMS, in banda 10-400hz.)
midwoofer utilizzato sulle Scythe Kro Craft revB

Fs  = 87.34 Hz
Re  = 6.84 ohms[dc]
Qts  = 0.71
Qes = 1.04
Qms = 2.28
Mms = 6.08 grams
Rms = 1.466828 kg/s
Cms = 0.000546 m/N
Vas = 2.24 liters
Sd= 54.11 cm^2
Bl  = 4.686669 Tm
ETA = 0.14 %
Lp(2.83V/1m) = 84.19 dB
Added Mass Method:
Added mass = 3.78 grams
Diameter= 8.30 cm

I parametri evidenziano una frequenza di risonanza (Fs) un filo più alta di quella tipica che ci si aspetterebbe da un 4”, ma ben bilanciata da uno smorzamento totale dal valore elevato (Qts), rendendo il componente un potenziale campioncino di estensione alle basse frequenze, pur a prezzo di qualche artificio realizzativo. La massa mobile (Mms) è contenuta in assoluto ma abbastanza elevata per il diametro del cono (come quasi tutti i coni “metallici”), ed insieme al fattore di merito elettrico (Qes) piuttosto alto, alla cedevolezza (Cms) non particolarmente elevata, ed alla resistenza della bobina (Re) un po’ alta, ci regala un componente sicuramente poco sensibile. Ed infatti il rendimento è solo dello 0.14%. Non che altri midwoofer da 4” facciano molto meglio, ma siamo pur sempre un po’ sotto la media.
Ciò conferma, ancora una volta, che se un altoparlante  scende molto in frequenza  in volumi limitati (relativamente alle proprie dimensioni) non potrà mai essere particolarmente efficiente.
E’ una legge della fisica. A mio parere, considerando lo sviluppo della risposta verso l’alto ed il potenziale di scendere verso il basso, il progettista dell’altoparlante ha cercato di ottenere un componente  molto versatile. Ma il rischio di fare il passo più lungo della gamba , in questi casi, è sempre dietro l’angolo.

Burst Decay midwoofer Scythe Kro CRaft revB

Il decadimento dopo l’impulso è pulitissimo fino a circa 2.5Khz; poi vediamo alcune lievissime incertezze  tra i 3 ed i 7 Khz. Ma i guai veri esplodono poco dopo i 7-8 Khz, allorchè il midwoofer non riesce a fermare la membrana in tempo per un risultato degno dell’appellativo “HiFi”. Inoltre, se nella risposta in frequenza, dopo il picco a 10Khz, sembrava che non ci fossero ulteriori problemi di risonanze, il grafico sopra ci mostra che non è così, evidenziando altre code. Risulta percui indispensabile utilizzare un filtraggio che minimizzi tali problemi.

THD midwoofer Scythe Kro Craft revB

La distorsione di seconda e terza armonica (midwoofer non filtrato, ma montato in cassa originale e dunque caricato alle basse frequenze) è assolutamente nella norma per un microbo da 4”.
Salta all’occhio l’aiutino dell’emissione del condotto reflex attorno ai 70hz; ma anche un incremento  della THD  appena il contributo termina. Ed infatti la distorsione aumenta (in maniera molto evidente) sotto i 40hz, e (in maniera accennata) tra i 90 ed i 200hz. Considerando che per me le Scythe in gamma bassa non potrebbero fare molto di più, ed anzi, sono molto soddisfacenti per la categoria, sotto questo aspetto le “lascerò in pace”. Dai 300 ai 2000hz, notiamo un sostanziale abbassamento della THD, a cavallo dello 0.5%. Fin qui tutto bene per un buon piccoletto. Ma in gamma medioalta notiamo dei picchi che non sono altro che una diversa visione di quel picco di risonanza sui 10Khz, visibile nella risposta in frequenza e successivamente nella burst decay. Infatti qui, a 5Khz troviamo un lieve picco di 2^ armonica (circa 0.8%), e soprattutto un poco amichevole picco di 3^ armonica a 3.3Khz (con un bel 5% di distorsione). Fatevi due conti…… In pratica quella risonanza è così ostica ed accentuata che appena l’altoparlante emette frequenze sopra la gamma media, “salta fuori”, e ci rovina la festa.



IL TWEETER


Tweeter Scythe Kro Craft revB

E’ un componente compatto, che vanta magnete in neodimio, cupola e sospensione in tessuto trattato. Frontalmente c’è un breve tromboncino che sicuramente ne modifica la risposta e la dispersione, mentre posteriormente la cupola è acusticamente  smorzata da materiale fonoassorbente ( ben visibile vista la trasparenza della membrana); il compatto magnete è affogato in una calotta in plastica,  quasi un tutt’uno con la flangia anteriore. Da notare che tutto il crossover delle Scythe originali è costituito da quel condensatore giallo che vedete in foto.  
A prima vista anche questo trasduttore appare economico ma ben assemblato; a me appare quasi “di lusso”, per diffusori da 60 euro la coppia.

Risposta anecoica - tweeter Scythe Kro Craft revB

Il tweeter non filtrato e montato sul diffusore, come c’era da aspettarsi, dimostra di essere molto più efficiente del midwoofer, attestandosi sugli 89 dB abbondanti 2.83V/1mt. Nella classica misura in asse è sostanzialmente lineare in banda passante (teoricamente 2-20Khz), ed anche il picco in gamma alta (qui sui 14-15Khz) è piuttosto contenuto, con un successivo lieve roll-off. Più avanti sarà interessante vedere se anche questo lieve picco incide o meno sul decadimento energetico nel tempo. L’incremento della risposta in gamma 1-3Khz, in entrambe le misure (anche se “spalmato” in maniera diversa) è dovuto probabilmente ad un fattore di merito un po’ elevato, ma anche alle diffrazioni del baffle sul quale è stato misurato;  la direttività propria del trasduttore la notiamo solo oltre gli 8Khz, e mi appare assolutamente nella norma. Forse un filo accentuata all’estremo altissimo.

Modulo e fase dell'impedenza - tweeter Scythe Kro Craft revB


Bene anche il grafico dell’impedenza relativo al tweeter, che pur non avendo una frequenza di risonanza particolarmente bassa (circa 1600hz), la manifesta con un picco molto smorzato (grazie al ferrofluido contenuta tra bobina mobile e traferro); cosa che eventualmente lo renderà meno in affanno in caso di tagli a frequenze relativamente basse. Ma ciò non avverrà facilmente nel nostro caso, poiché lavorerà in tandem ad un piccolo midwoofer che, per il suo piccolo diametro, potrà permettersi di salire a frequenze facilmente riproducibili anche dal tweeter.

Fs  = 1597 Hz
Re  = 6.40 ohms[dc]


Burst Decay tweeter - Scythe Kro Craft revB
Il risultato del Burst Decay è sicuramente abbastanza buono, ma tradisce almeno in parte l’economicità del trasduttore. Se in gamma altissima possiamo perdonargli una certa lentezza sui 13/14Khz, qualche piccolo problemino lo si rileva anche nella parte bassa della risposta utile (sopra i 2.5Khz). E’ probabile che anche il baffle (sul quale è stato misurato) interferisca, ma in un grafico analogo, tra i  2 ed i 7 Khz il midwoofer (anch’esso misurato sul baffle) malgrado avesse una risposta in frequenza molto meno lineare, appariva più “pulito” . Detto questo, appare poi evidente che il tweeter è molto più veloce e pulito nel fermare l’emissione dopo i 7 Khz.
Comunque, anche alla luce della piccolezza delle problematiche del tweeter tra i 3 ed i 7 Khz, converrà utilizzarlo non appena il midwoofer diventa direttivo e poco regolare nell’emissione.


THD tweeter Scythe Kro Craft revB

Ovviamente la misura della Total Harmonic Distortion su un povero tweeter non filtrato l’ho fatta partire da 1Khz (che per una cupola da 1”, e 2.83V rms NON sono facili da gestire); beh, per quanto su ogni forum/rivista online che parli delle KroCraft faccia particolarmente colpo il midwoofer (sarà il color oro?) a me il loro tweeter  pare avere prestazioni almeno alla pari. Niente di eccezionale, ma vedere come una cupola da pochi euro gestisca senza particolare affanno i 2.5Khz, mi rende ottimista; se non altro potrebbe lavorare a tale frequenza senza eccezionali affanni (ovviamente in assenza di clipping da parte dell’amplificatore e magari con un filtro di elevato ordine). Anche qui vediamo una impennata della THD centrata sugli 8-9 Khz (2nd), e una lievemente più bassa sui 6Khz (3rd), ma i risultati di queste distorsioni cadono a 18Khz, ossia praticamente fuori la gamma avvertibile da ogni essere umano. Non dico che questa sia una cosa da tralasciare in totale allegria, ma in un componente così economico, è accettabilissima. Forse darà vita ad un dettaglio in gamma altissima non particolarmente elevato in assoluto.

COSA FARE PER MIGLIORARLE ?



Abbiamo visto che il semplicistico filtraggio delle Scythe originali non è in grado di rendere merito al potenziale dei trasduttori; pur essendo economici, a mio parere meritano un crossover studiato più attentamente.

1.    Il primissimo passo da effettuare quando si pensa di ideare un nuovo crossover  è quello che serve per determinare la gamma effettiva di funzionamento dei singoli  altoparlanti, al fine di ottenere una buona robustezza agli strapazzi di natura termica e meccanica.
Ciò è fondamentale.
Infatti, solo dopo aver inquadrato i limiti degli altoparlanti tramite una analisi delle loro caratteristiche tecniche principali, del caricamento in bassa frequenza, e della distorsione armonica (quest’ultima soprattutto per quelli che non possono scendere in frequenza a nostro piacimento, come i tweeter ed i midrange puri, che hanno limiti meccanici ben precisi) possiamo pensare alla resa acustica.
Per la resa acustica da noi ricercata dovremo mettere nel conto almeno quattro fattori:
2.    budget disponibile per le eventuali modifiche
3.    le risposte anecoiche  in asse e  fuori asse ( indicative circa la effettiva energia immessa nell’ambiente circostante, da ogni singolo trasduttore)
4.    il decadimento energetico nel tempo (per evitare di far lavorare gli altoparlanti dove hanno i peggiori problemi di “pulizia di emissione”).
5.    Anche se probabilmente stiamo parlando di ideare solo un nuovo crossover (e non un nuovo diffusore, in tutte le sue parti) dovremo cercare di inquadrare in che tipo di ambiente, ed in quale posizione, il diffusore verrà utilizzato principalmente. Questo al fine di sintonizzare al nostro meglio, le caratteristiche di emissione.

 



1 - Determiniamo i limiti di tenuta in potenza dei due trasduttori.
E’ evidente che non abbiamo nessun dato dichiarato di tenuta in potenza elettrica dei singoli trasduttori; possiamo contare solo sui parametri di Thiele/Small e le altre misure effettuate.
 

Il tweeter: ha modulo d’impedenza alla risonanza poco accentuato  (fattore positivo) , dovuta molto probabilmente all’uso di ferrofluido (altro fattore positivo). L’efficienza superiore a quella del midwoofer ci imporrà sicuramente una resistenza di attenuazione (altro fattore positivo).
 La frequenza a cui risuona, però, non è bassissima (1600hz circa, fattore NON positivo in assoluto) e volendo agire con buon senso è possibile affermare che con un filtro mediamente protettivo (diciamo del secondo ordine) può essere utilizzato vantaggiosamente con una frequenza di taglio elettrico non inferiore ai 3 Khz. Utilizzando un filtro del primo ordine, tale frequenza dovrà essere sicuramente superiore (almeno 4/4.5 Khz circa), mentre con uno di ordine superiore (4°) potremo provare a spingerci sui 2.5Khz. La misura della THD già vista conferma il tutto, indicandoci che questo tweeter , già a 2/2.2 Khz non distorce granchè. Ma attenzione perché poco sotto i 2Khz va in crisi; ecco il perché dei valori che ho appena stimato. Con un filtraggio adeguato, anche in assenza di limiti termici dichiarati, credo che questo nanerottolo con un filtraggio mediamente protettivo possa ragionevolmente sorbirsi un centinaio di Watt rms indistorti. Gli ascolti successivi con il mio ampli, hanno confermato.

Il midwoofer: ovviamente non ci si impone una frequenza di taglio alle basse frequenze perché deve riprodurle! Proprio per questo dovremo fare i conti con i suoi naturali limiti meccanici; quindi dobbiamo stimare a quale potenza immessa essi faranno capolino (ovviamente saprete che, tendenzialmente, più la frequenza da riprodurre è bassa più un woofer deve muovere aria, ossia, compiere maggiore escursione). Le sue caratteristiche fisiche (diametro, escursione stimata) ci possono aiutare ad estrapolare la potenza massima che può digerire, al fine di non raggiungere i limiti meccanici (che in un woofer sono sempre più bassi di quelli elettrici) . Ciò è terreno impervio, perché dipenderà fortemente dal programma musicale che dovrà riprodurre; ma valutando una escursione di almeno 6mm pk-pk (+ - 3mm) , la cedevolezza delle sospensioni media, ed il caricamento bass reflex ma con forti “perdite” aggiunte volutamente tramite molto fonoassorbente nel condotto, sono sicuro che con un minimo di cervello, un amplificatore da 50-60W rms per canale potrà tranquillamente essere utilizzato. ( Anzi, vista la bassa sensibilità, io non consiglierei potenze inferiori, almeno per un ascolto a distanza di circa 2.5mt. Ovviamente un 4” non è tagliato per riprodurre i 30hz a livelli di ascolto decenti…..)  In ogni caso è illuminante una simulazione con AfW, che è molto attendibile sui carichi in bassa frequenza . Notare che con una sinusoide di  60hz il diffusore prevede possa “bere” circa 30W rms, che per un 4” sono un valore molto buono. Ovviamente un segnale musicale , non concentra (quasi) mai tutta la potenza dell’ampli sulle sole basse frequenze…..Ecco perchè 50-60W rms per canale saranno perfetti per un utilizzo intelligente.

simulazione accordo in bassa frequenza - Scythe Kro Craft revB




2 - Budget disponibile

Il budget disponibile per la modifica è basso; DEVE essere basso per non snaturare la filosofia delle Scythe Kro Craft e per rendere la modifica conveniente al target dei loro acquirenti. Diciamo, complessivamente 30 euro. Capirete che potremo lavorare solo su quello che riteniamo il principale difetto del diffusore.
Da qui, avendo ritenuto il comportamento alle basse frequenze molto buono, e non avendo rilevato problemi particolarmente evidenti ricollegabili al cabinet, mi pare che non rimane che mettere mano al crossover; qui i miglioramenti possono essere evidenti. In ogni caso è bene tenere i piedi per terra, ed evitare assolutamente componentistica passiva esoterica. Che di esoterico ha sicuramente il prezzo. Inoltre, per non far salire i costi, limiterei il numero dei componenti del nuovo filtro in 6-7; tenendo conto che in un due vie….. uno di loro sarà probabilmente rappresentato dalla resistenza di attenuazione del tweeter, ed  almeno un’altra verso massa per “aggiustare” lo smorzamento di una cella di filtro. Rimangono  4, od al massimo 5, componenti per realizzare il taglio vero e proprio. Quindi non potremo realizzare celle con filtri dall’ordine particolarmente elevato, e neanche utilizzare complicate celle di compensazione o antirisonanti.




3 - Ai fini dell’incrocio acustico, confrontiamo la risposta in frequenza dei singoli altoparlanti non filtrati, montati sul cabinet.

Risposta singoli altoparlanti non filtrati - Scythe Kro Craft revB

Qui sopra vediamo il grafico con le risposte in frequenza in asse dei due altoparlanti (ripeto, non filtrati ma montati nel cabinet delle Scythe, con tutte le diffrazioni del caso); grazie soprattutto al diametro di emissione ridotto del “midwoofer”, la sovrapposizione tra le due emissioni è notevole. Inoltre, come già visto in precedenza, il midwoofer fino a 4Khz ha una ampia dispersione. Incrociare i due altoparlanti, dal punto di vista della solo loro estensione in frequenza apparirebbe una cosa facilmente ottenibile nel range 2.5/4Khz. Infatti, prima dei 2.5Khz il tweeter vede aumentare la distorsione per i propri limiti fisici, mentre sopra i 4Khz il midwoofer vede diminuire la sua dispersione.




4 - Ai fini dell’incrocio acustico, valutiamo il decadimento nel tempo dei singoli altoparlanti, non filtrati, montati sul cabinet.

A questo proposito abbiamo già visto in precedenza che il midwoofer sopra i 7/8 Khz non è utilizzabile; ovviamente non potremo tagliarlo con un filtro digitale a pendenza infinita! Percui dovremo anticipare sensibilmente l’intervento del nostro filtro passivo (per’altro avente un limitato numero di componenti), per vedere sparire in buona parte i suoi problemi alle frequenze medioalte. Il Tweeter invece, pur non avendo mostrato un decadimento fulmineo neanche all’inizio della sua banda passante effettiva, dimostra di non avere gravi lacune, ma un comportamento mediamente onesto. Quindi la partita la dovremo giocare quasi tutta sui problemi del midwoofer, e regolare il tweeter di conseguenza.



5 - In che ambientazione saranno utilizzate le Scythe Kro Craft modificate?

Come già detto le devo ottimizzare per un ascolto a distanza di circa 2.5metri; ciò non vuol dire che ad 1.5 od a 3.5 metri, suonino palesemente “diverse”. Ma un pochino, si. Chiaramente essendo minidiffusori mi impongo di considerare di “default” un posizionamento a ridosso di una parete perché credo fermamente che un “mini” debba essere impiegato in piccoli ambienti; nei quali è improbabile poter piazzare le casse lontano dalle pareti, a meno che non vi piazzate ad ascoltarle arrampicati su un muro , in compagnia dei ragni ! Meglio metterci i diffusori, vicino al muro, e noi comodamente seduti su una poltrona….posizionata più o meno in mezzo alla piccola stanza.

Come già detto voglio che il loro sound sia “monitor” almeno nell’equilibrio tonale, esattamente come scritto sulla confezione di vendita. Quindi strumenti e voci ben presenti e particolareggiati (nei limiti qualitativi della categoria di prezzo, ovviamente) , e per questo con una tendenza a mostrare bene le differenze tra una registrazione e l’altra. Il tutto senza risultare troppo asettico, ne inutilmente brillante.
Il (mio) problema è che non ne voglio neppure snaturare la natura di monitor di tipo “desktop” (anche questo scritto sulla confezione), poiché molte persone le usano così. Quindi, durante le prove al simulatore, e di ascolto, ho cercato di mantenere dei risultati soddisfacenti  ed abbastanza congrui, anche mettendole a soli 60-70 cm dalle orecchie. Alla fine la fortuna ed un pochino di mestiere mi hanno aiutato, raggiungendo un buon compromesso.








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