Come misurare un diffusore: guida per principianti

In breve: il calcolo ti dice come dovrebbe suonare un diffusore. La misura ti dice come suona davvero. Bastano un microfono di misura da circa 100 €, un computer e un programma gratuito. Le misure più importanti sono tre: la risposta in frequenza di ogni altoparlante nella cassa finita, l'impedenza del diffusore finito e una verifica dopo aver collegato il crossover.

Perché misurare

Ogni programma per progettare diffusori, Loudsmith compreso, lavora con un modello. Il modello parte dai dati del produttore dell'altoparlante e dalle formule della fisica. La realtà se ne discosta per diversi motivi:

I parametri degli altoparlanti variano. Due esemplari dello stesso altoparlante differiscono normalmente del 10-20 % nella risonanza e anche in altri parametri. In più i dati del catalogo spesso sono misurati in condizioni diverse da quelle in cui lo userai tu.
La cassa non è ideale. Materiale fonoassorbente, rinforzi, perdite d'aria e lo spazio occupato dagli altoparlanti cambiano il volume e l'accordo.
Gli spigoli e la forma della cassa cambiano il suono su medi e acuti in un modo che non si può calcolare con precisione.

Un esempio pratico: il progettista danese Troels Gravesen ha misurato la stessa cassa bass reflex senza smorzamento e con un riempimento denso. L'accordo è sceso da 37 Hz a 33 Hz, solo per effetto del materiale fonoassorbente. Nei suoi progetti finiti, che di solito sono smorzati abbondantemente, l'accordo reale risulta in media circa il 10 % più basso di quanto dia la formula nuda. Con i kit SEAS e i progetti con uno smorzamento normale, il calcolo di Loudsmith coincide entro pochi punti percentuali. La misura ti dice dove si trova il tuo diffusore.

La buona notizia: oggi misurare non è né costoso né complicato.

Che cosa ti serve

Cosa	A cosa serve	Prezzo
Microfono di misura USB, per esempio miniDSP UMIK-1 o Dayton UMM-6	risposta in frequenza, con file di calibrazione	circa 100 €
Un computer con il programma REW (Room EQ Wizard) oppure la pagina misura dei diffusori di Loudsmith	riproduce il segnale di prova e lo analizza	gratis
Amplificatore e cavi	alimentano l'altoparlante durante la misura	li hai già
Supporto per il microfono	tiene il microfono sempre nella stessa posizione	da 10 a 20 €
Circuito per l'impedenza: una resistenza da 100 Ω e una scheda audio con ingresso e uscita, oppure il dispositivo già pronto Dayton DATS	impedenza, accordo del condotto, parametri dell'altoparlante	da 10 a 150 €

Il microfono del telefono non basta per misurare un diffusore. È impreciso soprattutto sui bassi e sugli acuti. Per un confronto approssimativo tra diversi punti della stanza puoi usarlo nel pianificatore della stanza.

Come funziona la misura della risposta in frequenza

Il programma fa suonare al diffusore un tono che sale dai bassi più profondi fino agli acuti più alti. Il microfono lo registra e il programma confronta ciò che ha riprodotto con ciò che ha sentito. Il risultato è una curva che mostra a che volume il diffusore suona ogni nota. L'ideale sarebbe una linea piatta.

Il problema è che il microfono non sente solo il diffusore. Sente anche le riflessioni da pavimento, soffitto, pareti e mobili. Queste riempiono la curva di picchi e buchi che con il diffusore non hanno niente a che fare.

La soluzione è un trucco semplice: la finestra temporale. Il suono diretto del diffusore arriva al microfono per primo. La riflessione del pavimento arriva qualche millisecondo dopo, perché fa un percorso più lungo. Il programma usa solo l'inizio della registrazione, prima che arrivi la prima riflessione, e scarta il resto. Ottieni così una misura come in una grande camera anecoica.

Questo ha un prezzo. Più la finestra è corta, peggio cattura le note basse. In linea di massima vale: la frequenza più bassa che la finestra cattura in modo affidabile è 1 diviso la durata della finestra. Una finestra di 5 ms vale quindi da circa 200 Hz in su. Per questo i bassi si misurano in un altro modo, da vicino.

Passo 1: misura a distanza (medi e acuti)

Metti il diffusore al centro della stanza, il più lontano possibile dalle pareti. Meglio su uno stand o una sedia, in modo che il tweeter si trovi a circa 1 m di altezza o più.
Metti il microfono a una distanza da 50 cm a 1 m, all'altezza del tweeter o tra gli altoparlanti. Se misuri un singolo altoparlante, mettilo sul suo asse.
Regola il volume in modo che il test si senta chiaramente, ma senza dare fastidio. A un metro sono circa 80-85 dB.
Misura ogni altoparlante separatamente e nel frattempo non spostare nulla. Né il microfono né il diffusore devono muoversi, altrimenti non torna il rapporto temporale tra gli altoparlanti, che serve al crossover.
Se vuoi progettare il crossover a regola d'arte, misura anche fuori asse: 15°, 30°, 45° e 60° di lato. Così vedi come il diffusore suona nella stanza, non solo dritto verso di te.

La pagina misura dei diffusori calcola da sola, in base alla distanza e all'altezza che inserisci, quando arriva la riflessione del pavimento e da quale frequenza la misura è valida.

Passo 2: misura ravvicinata (bassi)

Se metti il microfono vicinissimo al cono, il suono del cono è così forte che le riflessioni della stanza al confronto si perdono. Così si misurano i bassi senza finestra.

Metti il microfono a 1-2 cm dal centro del cono del woofer, senza toccarlo.
Abbassa il volume. Da vicino il suono è fortissimo e il microfono potrebbe andare in saturazione.
Con un bass reflex misura da vicino anche l'apertura del condotto. Con un radiatore passivo, il suo cono.
Il programma somma condotto e altoparlante in base alla loro superficie. Una superficie più grande irradia di più, per questo nella somma il condotto viene scalato con il rapporto tra le superfici.

La misura ravvicinata è precisa più o meno fino alla frequenza in cui la lunghezza d'onda è simile alle dimensioni del cono. Per un altoparlante da 17 cm sono alcune centinaia di hertz, e basta, perché più in alto vale già la misura a distanza.

Passo 3: unire le due misure

I bassi misurati da vicino e i medi e gli acuti misurati a distanza si uniscono in un'unica curva. Si uniscono nella zona in cui entrambe le misure sono valide, di solito tra 200 e 400 Hz. La misura ravvicinata non vede che il pannello frontale smette di sostenere i bassi. Questo fenomeno si chiama baffle step: un calo dei bassi fino a 6 dB quando la lunghezza d'onda è più grande del pannello frontale della cassa. Per questo, nell'unione, i bassi misurati da vicino vengono corretti in base alla larghezza del pannello frontale.

In Loudsmith questo avviene in automatico. Il risultato lo salvi come file FRD, cioè un file di testo con frequenza, livello e fase, che leggono VituixCAD, XSim e Loudsmith.

Passo 4: impedenza e accordo del condotto

L'impedenza mostra quanta resistenza l'altoparlante nella cassa oppone alla corrente alle varie frequenze. A prima vista sembra un argomento arido, ma è la verifica migliore che la cassa sia venuta come da calcolo.

La cassa chiusa ha un solo picco. La sua frequenza è la risonanza dell'altoparlante nella cassa, fc. Se è molto più alta di quanto indica il calcolo, la cassa è più piccola o meno smorzata di quanto pensi.
Il bass reflex ha due picchi con un avvallamento in mezzo. L'avvallamento è l'accordo del condotto, fb. Se è più alto di quanto volevi, allunga il condotto. Se è più basso, accorcialo. Un consiglio: fai il condotto all'inizio un po' più lungo e accorcialo poco alla volta, è più semplice che allungarlo.
Il radiatore passivo si comporta in modo simile al bass reflex. L'accordo lo cambi aggiungendo o togliendo massa sul radiatore.

L'impedenza si salva come file ZMA. Per un crossover passivo è indispensabile, perché i componenti del crossover reagiscono all'impedenza reale dell'altoparlante, non ai suoi 4 o 8 Ω nominali.

Per misurare l'impedenza basta un circuito semplice: una resistenza da 100 Ω in serie con l'altoparlante e una scheda audio che misura la tensione prima e dopo la resistenza. REW spiega il procedimento passo per passo nel suo manuale. Più comodo è il dispositivo già pronto Dayton DATS, che misura impedenza e parametri dell'altoparlante con un solo pulsante.

Passo 5: i parametri dell'altoparlante

Se vuoi essere sicuro già prima di costruire la cassa, misura i parametri di Thiele-Small dell'altoparlante da solo. Il metodo della massa aggiunta e le formule sono nell'articolo Dati degli altoparlanti. Un altoparlante nuovo fallo prima suonare per qualche ora con i bassi a volume medio. Le sospensioni si ammorbidiscono un po' e la risonanza scende, per questo un altoparlante nuovo si misura solo dopo il rodaggio.

Passo 6: verifica del diffusore finito

Quando il crossover è collegato, misura l'intero diffusore a distanza, in asse e a qualche angolo. Confronta la curva con il progetto. Se differisce di più di 1-2 dB su una banda ampia, c'è un errore da qualche parte: la polarità di un altoparlante invertita, un componente di valore diverso o altoparlanti montati in un'altra posizione.

La polarità si controlla in modo semplice: alla frequenza di incrocio gli altoparlanti dovrebbero sommarsi. Se lì c'è un buco profondo, probabilmente un altoparlante è collegato con la polarità invertita.

Gli errori più comuni

Microfono o scheda audio in saturazione. La curva risulta stranamente piatta o piena di cose senza senso. Abbassa il volume.
Manca il file di calibrazione del microfono. Ogni microfono di misura ha il suo file in base al numero di serie. Senza, gli acuti possono risultare spostati di qualche dB.
Microfono spostato tra le misure dei vari altoparlanti. Il crossover lavora poi con una temporizzazione sbagliata.
Finestra troppo lunga. La curva su medi e acuti è frastagliata per le riflessioni. Accorcia la finestra.
Diffusore a terra o vicino a una parete. La riflessione arriva troppo presto e la finestra deve essere molto corta.
Rumore durante la misura. Il frigorifero, un'auto fuori dalla finestra o dei passi si vedono nei bassi. Misura nel silenzio.
Confronto tra curve con smoothing diverso. Uno smoothing a 1/3 di ottava nasconde ciò che uno a 1/24 di ottava mostra. Confronta sempre curve con lo stesso smoothing.

Come Loudsmith usa le misure

Nel passo Altoparlanti carichi per ogni altoparlante il suo FRD e il suo ZMA. L'app poi lavora con la misura reale invece che con il modello.
Progetta il crossover sulle curve misurate, compreso il comportamento reale agli spigoli della cassa e l'impedenza reale.
Con la divisione attiva genera i filtri per il DSP esattamente per i tuoi altoparlanti, per esempio per Hypex FusionAmp.
L'accordo del condotto ricavato dalla misura d'impedenza puoi reinserirlo nel progetto e l'app ricalcola la lunghezza del condotto.

Piccolo glossario

Risposta in frequenza: la curva che mostra a che volume il diffusore suona le singole note.
Finestra temporale (gating): si usa solo l'inizio della registrazione, prima che arrivino le riflessioni.
Misura ravvicinata (near-field): il microfono vicinissimo al cono, così la stanza non ha influenza.
Impedenza: la resistenza che il diffusore oppone all'amplificatore, diversa a ogni frequenza.
FRD e ZMA: file di testo con la risposta in frequenza e l'impedenza misurate.
Baffle step: un calo dei bassi fino a 6 dB quando il pannello frontale della cassa smette di indirizzare il suono in avanti.
Accordo del condotto (fb): la frequenza a cui il condotto suona di più e il cono si muove di meno.
File di calibrazione: la correzione degli scostamenti del singolo esemplare di microfono.