Antu Sub

Descrizione e note tecniche

Antu Sub è un subwoofer attivo in cassa chiusa che utilizza un altoparlante ad alta escursione e di alta qualità per ottenere un'elevata potenza e una estensione sotto ai 10 Hz, pur utilizzando un box di dimensioni relativamente compatta (L=44 cm, P=49 cm, A=55 cm). Questo è possibile grazie al Direct Servo, una tecnologia che consente, contemporaneamente, una profonda estensione dei bassi, una potenza di uscita alta e uno smorzamento molto elevato. La risposta in frequenza è di 14-200 Hz (-2 dB a 14 Hz).

L’altoparlante impiegato è il DS1520 della Rythmik, un cono da 15 pollici (38.1 cm) con membrana in alluminio anodizzato, sospensioni in gomma (quindi di lunga durata nel tempo) e bobina in rame. Esso riesce a sopportare bordate da 1.000 watt.

L’amplificatore è un modulo Hypex (l’HX1000) da 900 Watt RMS. Si tratta di un amplificatore in classe H. È dotato di una sezione preamplificatrice che consente (volendo) di regolare la fase (da 0 a 180 gradi), l'incrocio (crossover da 20 a 100 Hz), la pendenza della curva di incrocio (12 o 24 dB /ottava), l’inserimento di un filtro rumble (passa alto a 18 Hz con 18 dB/ottava) e la regolazione del fattore di smorzamento (Q=0.5, Q=0.7 e Q=1.1). Se si dispone (come nel mio caso) di un sistema di gestione a monte (Nano DG + DDR22DA della miniDSP), la regolazione della fase, dell'incrocio e della pendenza può essere bypassata inserendo il segnale nell’ingresso “LFE IN”. Altre caratteristiche tecniche dell’Hypex HX1000 sono

1. Bassa distorsione armonica: 0.01%.

2. Rapporto segnale/rumore molto basso: 107 dB.

3. Impedenza di ingresso alta: 30 kohm.

4. Protezione termica e da cortocircuito.

5. Alimentazione basata su trasformatore toroidale.

6. Impiego di operazionali di ottima qualità sul percorso del segnale (OPA2134 and TL072).

7. Connettori placati in oro.

La realizzazione, il layout e il disegno del cabinet sono personali. Il componenti impiegati (modulo amplificatore + driver) sono della Rythmik (modello E15HP2).

Anno di realizzazione dell'Antu Sub: 2021.

Il cono DS1520 da 15 pollici (38.1 cm)

Il modulo amplificatore (Hypex HX1000) da 900 watt

Caratteristiche principali

Risposta piatta ed estesa. Il grafico della risposta in frequenza (figura 1) dimostra che Antu Sub ha una risposta piatta ed estesa, con i -2 dB a 14 Hz. Osservando la risposta in frequenza si nota che essa rimane piatta a tutti i livelli di uscita, fino al raggiungimento del limite inferiore. Generalmente, i subwoofer convenzionali, invece, esibiscono una caratteristica curva a tenda, con un boom centrale creato per impressionare gli ascoltatori con bassi esagerati. Una domanda sorge spontanea: è davvero necessaria una risposta piatta fino ai 14 Hz? La risposta è sì ed è legata a due ragioni:

le buone registrazioni normalmente catturano molte informazioni sull'ambiente e queste contengono segnali a bassissima frequenza (ambienza); se queste non vengono riprodotte si ricrea un ambiente sonoro diverso dall’originale.
È generalmente accettato che più basso suona il subwoofer, più profondo, alto e ampio diventa il palcoscenico sonoro (si potrebbe dire aperto e spazioso).

Figura 1

Figura 2

Fattore di smorzamento molto basso. Il fattore di smorzamento (fattore Q) di Antu Sub è 0,3. Di solito, un fattore Q basso rappresenta un livello di smorzamento alto; il che indica un buon controllo della membrana del cono. Tipicamente, i subwoofer hanno un Q di 0,7 e alcuni possono anche raggiungere un Q di 0,5. Per ottenere uno smorzamento inferiore è necessario impiegare un box più grande e perdere parte della potenza di uscita. Col Direct Servo, invece, si può ottenere uno smorzamento molto più basso senza sacrificare la potenza di uscita e senza essere obbligati ad impiegare un box grande.

Il circuito Direct Servo. Molti credono che la precisione dei bassi sia semplicemente una questione legata alla distorsione. Altri fattori, invece, entrano in gioco, quali la re-irradiazione dei bassi e l’effetto memoria. Direct Servo è una tecnologia brevettata dalla Rythmik, capace di ridurre molti dei problemi che inficiano la riproduzione dei bassi dei subwoofer convenzionali. La figura 2 mostra come funziona la tecnologia Direct Servo. In pratica...

1. L'amplificatore del sub riceve il segnale musicale che viene filtrato a monte da Antu Digital Section per ottenere una corretta integrazione (la stessa funzione poterebbe essere svolta dalla scheda del preamplificatore di cui è dotato l’amplificatore del subwoofer). L'amplificatore del sub, a sua volta, amplifica il segnale (linea rossa) e lo invia alla bobina mobile dell'altoparlante.

2. Quando il segnale amplificato passa attraverso la bobina mobile, il cono si sposta e inizia a riprodurre acusticamente il segnale ricevuto.

3. Contemporaneamente al movimento del cono in risposta al segnale amplificato, una bobina di rilevamento disposta in prossimità della bobina mobile, percepisce l’arrivo del segnale alla bobina mobile e genera, immediatamente, un segnale di retroazione (linea azzurra). Tra la percezione del segnale in arrivo alla bobina e l’invio di quello di retroazione non c'è alcun ritardo: i due fenomeni si verificano contemporaneamente (mentre il cono si muove, la bobina di rilevamento invia il feedback).

4. Il segnale di correzione raggiunge l’amplificatore e viene confrontato con il segnale originale. Il processo genera una correzione che va a modificare il segnale in uscita diretto alla bobina mobile dell’altoparlante. Il tutto senza l'impiego di circuiti attivi.

Il segnale corretto viene pertanto riprodotto accuratamente in quanto l'altoparlante riproduce un segnale che è stato corretto da un feedback istantaneo e il suono rimane fedele all'originale.

Altri servosistemi, solitamente impieganti un accelerometro, hanno un tempo di risposta più lento. Infatti, essendo basati su un dispositivo meccanico (l’accelerometro), essi accumulano un ritardo dovuto all’inerzia della massa del materiale rilevatore. Inoltre, solitamente il sensore accelerometro viene posizionato sotto il cappuccio antipolvere dell’altoparlante, quindi ad una certa distanza dalla bobina mobile. Questo genera, inevitabilmente, un secondo ritardo nella risposta, dovuto al tempo impiegato dalle onde sonore per arrivare dalla sorgente al sensore di rilevamento. Invece, con Direct Servo il tempo di risposta è zero, in quanto la bobina di rilevamento e la bobina mobile dell’altoparlante funzionano contemporaneamente.

Figura 3

Eliminazione della re-radiazione. Il Direct Servo elimina anche un altro difetto tipico dei subwoofer convenzionali, quello della re-radiazione, che rende “inscatolato” il suono di questi diffusori. La figura 3 mostra come si genera la re-radiazione. Le onde sonore posteriori (rosse) prodotte dalla membrana dell'altoparlante rimbalzano sulle pareti interne del box e ritornano sulla membrana del cono, esercitano una certa pressione su di essa, pressione che si traduce in una nuova irradiazione anteriore dovuta allo spostamento del cono e sfasata rispetto a quella primaria. Una possibile soluzione al problema potrebbe essere l’annullamento completo dell’onda posteriore (mediante l’impiego di una cassa chiusa) o, alternativamente, lo sfasamento dell’onda posteriore per far si che si allinei con quella primaria anteriore (mediante l’impiego di una cassa reflex). In realtà, nessuno dei due risolve del tutto il problema, per cui un compromesso si rende spesso necessario. I subwoofer in cassa chiusa cercano di eliminare l'onda posteriore ma non ci riescono del tutto, per cui accade che questa viene re-irradiata anteriormente attraverso il cono, generando una onda secondaria (onda aggiuntiva) sfasata rispetto all’onda primaria. Il risultato è una perdita di definizione. Lo stesso succede con la cassa reflex, dove il tubo di accordo finisce col fornire un altro percorso per l'uscita involontaria dell’onda posteriore. Solo i dipoli open baffle non soffrono di questo problema perché non hanno un box posteriore e, pertanto, si avvicinano alla condizione ideale. Tuttavia, essi sono penalizzati dalla scarsa estensione in bassa frequenza.

Per uscire dall'impasse, la soluzione più frequentemente impiegata (e non è detto che venga adottata) è quella di fornire all’altoparlante un motore (magnete) più potente (almeno di un fattore di 3), in modo da avere un maggiore controllo del cono e un valore Q più basso. Ma questo comporta, a sua volta, una drastica perdita di rendimento dell'intero sitema (altoparlante + amplificatore), con 5 dB in meno di output intorno a fs. Con la tecnologia Direct Servo, invece, si è in grado di fornire un valore Q molto basso (0,28), senza essere costretti ad aumentare il magnete del cono e senza sacrificare la potenza dell'amplificatore.

Figura 4

Eliminazione dell’effetto memoria. Una delle cause principali dell’incapacità dei subwoofer a riprodurre la musica in modo accurato è l’effetto della memoria. L’effetto memoria può introdurre componenti di distorsione che non vengono rilevati dai test di distorsione armonica. Questo è uno dei motivi per cui i test di distorsione non raccontano l'intera storia quando si tratta dei subwoofer. Un subwoofer che ha una distorsione armonica bassa non sarà necessariamente il più accurato. L’effetto memoria rappresenta, in questi trasduttori, l'ostacolo principale per l’alta fedeltà. Questo avviene perché il segnale sonoro è dinamico; un segnale di basso livello che segue un segnale grande può essere facilmente mascherato e modulato dall'effetto memoria lasciato nel sistema dal segnale grande. Di conseguenza, la risoluzione di basso livello è compromessa.

Esistono due tipi di effetto memoria che si possono verificare: quello termico e quello meccanico.

L’effetto termico è dovuto al surriscaldamento della bobina mobile quando questa viene attraversata da alte correnti (con l'aumento di potenza). Quando la bobina mobile si riscalda aumenta la sua resistenza e, di conseguenza, riduce l’efficienza del sistema. Il grafico della figura 4 evidenzia come la temperatura influenza la risposta in frequenza di un altoparlante. La linea blu mostra la risposta quando la bobina mobile è a temperatura ambiente, mentre la linea rossa quando questa è a 300 gradi Celsius. Come si può vedere, l'uscita si riduce fino a 6 dB, tranne nella regione intorno al picco di impedenza (a circa 45 Hz nell’esempio). Inoltre, anche il valore Q del roll-off dei bassi viene aumentato di quasi un fattore 2.

Quando la compressione termica cambia dinamicamente, provoca una distorsione dovuta alla modulazione dell'ampiezza e una distorsione dovuta della modulazione di fase (quest'ultima correlata all'effetto Doppler).

Col Direct Servo l’effetto termico non determina alcuna complicanza di quelle sopra esposte perché il servo loop annulla all'origine il fenomeno della modulazione, in quanto il segnale di ritorno induce l'amplificatore a fornire più potenza al trasduttore quando il livello di uscita si riduce a causa dell’effetto termico.

L’effetto meccanico è dovuto al fenomeno dell’isteresi. Se si allunga una molla e poi la si lascia andare, essa non tornerà immediatamente alla posizione di partenza (posizione zero), ma impiegherà un tempo finito per tornare a questa posizione.

Figura 5

Il tempo necessario per raggiungere la posizione zero si chiama isteresi. La membrana di un subwoofer è, come la molla, affetta dal fenomeno dell’isteresi. Questo problema non si supera neanche con una buona progettazione del trasduttore (infatti, anche i driver più costosi sono ugualmente afflitti dal problema). Il sistema Direct Servo, invece, ha la capacità di ridurre drasticamente l'effetto dell'isteresi, grazie proprio al meccanismo di servocontrollo che richiama la membrana alla posizione di riposo non appena il segnale è tornato a zero.

Pertanto, la tecnologia Direct Servo è in grado di ridurre efficacemente entrambe le forme di memoria. Nella figura 5 è evidente la differenza tra un subwoofer non servo e un subwoofer Direct Servo. L'effetto della memoria si manifesta come un'energia in banda laterale nel dominio della frequenza. Nel grafico a sinistra si può notare come l’effetto memoria determini uno slargamento molto evidente della base del tono da 60 Hz e meno evidente anche a carico di quello da 120 Hz. Lo stesso fenomeno non è invece presente nel grafico a destra.

Bassi veloci e precisi. Quello della velocità e precisione dei bassi è uno degli argomenti più dibattuti in qualsiasi gruppo di discussione HiFi. Il problema di fondo è che la maggior parte dei subwoofer non è in grado di riprodurre accuratamente l'esperienza dal vivo di una performance in bassa frequenza. Il cosiddetto basso "veloce" è un suono dotato di un'ottima risoluzione, capace di non inficiare i suoni che lo seguono, in particolare quelli di basso livello. Il suono dovrebbe iniziare immediatamente quando appare il segnale elettrico e interrompersi, senza alcuna energia residua, quando il segnale si interrompe. Per far cessare rapidamente il suono dei bassi, il valore del fattore Q dovrebbe essere molto basso, in modo che il cono del woofer possa tornare alla sua posizione di riposo il più rapidamente possibile.

Il Q che caratterizza il sistema Direct Servo è di 0.28 e questo consente governare molto bene la membrana del cono. Il risultato è un suono di basso molto coerente, anche sui passaggi musicali più dinamici. I bassi riprodotti sono trasparenti, hanno una definizione eccellente e un'alta dinamica.