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C'è chi attribuisce al crossover proprietà risolutive (un buon crossover fa un buon diffusore) e ammira certi crossover (inglesi) pieni di componenti. Al contrario il crossover deve essere riguardato con sospetto, tanto più quanto più quanto più esso è complesso. Esso produce infatti anche degli "effetti collaterali" come certi farmaci che fanno bene da una parte e male dall'altra (personalmente ho preso un farmaco che citava. fra i possibile effetti indesiderati, l'exitus = morte).
Gli effetti collaterali del crossover sono: la possibile distorsione provocata dai condensatori e dagli induttori, (in particolare dalle bobine se hanno il nucleo e questo non è dimensionato in funzione della corrente che attraversa l'avvolgimento) inoltre (e questo è puntuale ed ineliminabile) lo "sfasamento" e la "risonanza" . Che i crossover producano sfasamento è noto, meno noto è l'effetto che questo sfasamento produce sulla riproduzione, val quindi la pena che io ricordi che un filtro del 2° ordine a 1000 Hz produce, nel componente ad esso sottoposto, un ritardo nell'emissione del segnale di circa 2 millisecondi. Ciò può sembrare trascurabile ma non lo è. E'stato infatti dimostrato che ritardi di pochi microsecondi (ho detto microsecondi) compromettono la percezione dei segnali impulsivi i quali sono ben presenti nell'esecuzione musicale, ben registrati nel CD (meno bene nel vinile) e ben riprodotti dall'amplificatore. Aggiungo che alla frequenza di incrocio e per almeno un'ottava sotto ed una sopra vi sono due altoparlanti che lavorano insieme per cui se l'uno riproduce un suono, l'altro riproduce una specie di eco del primo.
Sulla "risonanza" i testi sono più discreti, parlano di smorzamento del filtro ma non dicono cosa si smorza. E' quindi il caso che io dimostri non solo che questa risonanza esiste, ma che si verifica anche quando il filtro è stato progettato nel migliore dei modi possibili.
Mi riferisco ad un circuito di crossover frutto di una serie di tre articoli apparsi su una nota rivista. La rivista ora non esce più, ma i tre ricercatori che hanno progettato quel crossover sono ancora attivi (stavo per dire a piede libero). Ho preso in considerazione solo la sezione passa alto a cui è sottoposto il tweeter, ho realizzato il circuito con componenti della massima qualità ed ho sostituito il tweeter con una resistenza pura avente il valore esatto per il quale era stato progettato il filtro.
Nel disegno di fig. 1 si vedono due curve. La 1-1 mostra la risposta del circuito inserendo solo la prima cella di filtro cioè il condensatore da 7,54 uf; la curva mostra la prevista pendenza di attenuazione di 6 db/oct . La 2-2, ottenuta con l'inserimento della seconda cella, (l'induttanza da 0,51 mH) mostra, in un tratto della curva, che ora ha la prevista pendenza di 12 db/oct. anche un incremento di livello rispetto alla 1-1, che denuncia l'insorgenza di una risonanza. Tale risonanza va dai 2500 Hz a oltre i 6000 Hz. La risonanza non ha una grande ampiezza, raggiungendo a malapena i 2 db, sufficiente però da far udire i suoi effetti sotto forma di coda sonora. Con circuiti non così ben progettati e realizzati con componenti non a stretta tolleranza, su carico reale non compensato, è facile raggiungere i 6 db. Come si spiega l'aumento di livello? In regime di risonanza il circuito costituito dall'induttanza e dalla capacità vede aumentare la propria impedenza verso massa, cosa che provocherebbe un aumento della tensione all'ingresso del filtro se l'amplificatore non provvedesse a mantenerla costante. Può però aumentare la tensione ai capi dell'induttanza e quindi ai capi della resistenza; è inutile aggiungere che se al posto della resistenza si pone il tweeter si misurerà un incremento di livello sonoro in corrispondenza dell'incremento di tensione. Ma le curve più significative sono quelle del dis. di fig. 2. ottenute pilotando il circuito con un segnale ad onda quadra che è molto più adatto a rappresentare il segnale reale (cioè quello musicale). Le due curve hanno lo stesso significato di prima, ma in questo caso la curva 2-2 evidenzia una risonanza che copre tutta la gamma sottoposta al filtro. Debbo anche precisare che le due curve non sono scambiate fra di loro, la 2-2 mostra realmente che la pendenza di attenuazione è superiore per il circuito con una sola cella. Viene quindi meno l'unica ragione per cui il filtro a 12 db viene utilizzato, cioè ottenere una maggiore pendenza, cosa che condanna definitivamente questa tipologia.
Il dis. di fig. 3 esemplifica la presenza e la distribuzione delle varie risonanze in un tipico diffusore a tre vie (sono a tre vie anche i sistemi con sub più satelliti). Al di sotto dei 100 Hz vi è la risonanza dovuta al sistema dei bassi per il quale altrove faccio un discorso a parte, quindi c'è la risonanza del passabasso del woofer, poi le due risonanze del passabanda del medio infine quella del passaalto del tweeter.
Un diffusore di questo tipo suonerà come suonerebbe un pianista che tenesse il pedale di risonanza costantemente abbassato.
Prima di proseguire e di vedere come si puo' fare a meno del crossover debbo spiegare perchè si sono adottate queste soluzioni errate nel progetto dei diffusori. La risposta è che i circuiti di filtro che lo compongono erano invece bell'è pronti (prima che esistesse l'HiFi) ad uso delle reti telefoniche e dei radioricevitori. Ci si è limitati a modificarli quel tanto che bastava ed a riunirli in un unico circuito a cui si è dato il nome immaginifico di crossover, appunto. Gli intrinseci difetti del quale, uniti a quelli degli altri componenti della catena HiFi hanno contribuito poi a creare quel sound della musica riprodotta a cui qualcuno ha attribuito il nome di HiFi. E quello è diventato il riferimento.
Ad onor del vero non sono mancati tentativi di uscire dal conformismo: i diffusori elettrostatici
quelli planari, gli altoparlanti Ohm; e l'attuale ritorno degli altoparlanti monovia (Lowther ecc.) non è forse un tentativo di liberarsi del crossover?
La mia soluzione del problema è quella illustrata nel "Diffusore non convenzionale"; si tratta di
sostituire il passa-basso elettrico con un sistema meccanico in pratica un cilindro di
rete metallica riempito di lana di vetro e posto davanti al componente da filtrare. Il cilindro ha il diametro pari a 8/10 del diametro del cono (esclusa la sospensione) e l'altezza pari a 3/4 della precedente misura. La fig. 4 mostra questo dispositivo progettato per un woofer da 8".
Il passa-alto non sono riuscito ad eliminarlo, però un unico condensatore in serie al tweeter sarà un compromesso accettabile anche perchè se si provvederà a disaccoppiare fra di loro questi due elementi con il prevedibile circuito di attenuazione non si creerà neppure la risonanza dovuta all'accoppiamento fra la capacità del condensatore e l'autoinduttanza della bobina mobile dello stesso tweeter.
E' curioso come l'adozione del dispositivo descritto produca anche, in questo caso, effetti collaterali favorevoli, forse più favorevoli di quello per cui il dispositivo è nato, cioè di eliminare il crossover elettrico.
I disegni che ora richiamo si riferiscono a rilevazioni fatte su diffusori Bell. Si tratta di diffusori da me prodotti in passato. La curva di fig. 5 mostra la risposta il frequenza del midrange Peerless KO 50, che era utilizzato in quei diffusori, senza filtro (linea continua) e con filtro elettrico del 2° ordine (linea tratteggiata) . Si noti l'enfasi alla frequenza di break-up che viene attenuata ma non eliminata dal filtro.
La fig. 6 mostra la risposta in frequenza dello stesso altoparlante sottoposto al filtro meccanico. Mi sembra inutile fare commenti.
Le figure 7 e 8 mettono a confronto le curve di distorsione fra i due sistemi di filtraggio: la distorsione è quella prodotta dall'altoparlante, il filtro elettrico, che è posto a monte, non la modifica, il filtro meccanico, a valle, riesce a contenerla (effetto collaterale n° 1).
Le figure 9 e 10 mostrano la variazione dell'angolo di dispersione in funzione della frequenza.
Il filtro meccanico si comporta anche come lente acustica, allargando l'angolo di dispersione, per i suoni che hanno lunghezza d'onda inferiore al diametro del filtro stesso ( Bernoulli) (effetto collaterale n° 2)
La iperdirettività dell'altoparlante alle alte frequenze oltre ad essere un grave difetto di per sè, ha anche l'inconveniente di concentrare sull'asse del cono la distorsione di alto ordine. Con il filtro meccanico si elimina sia l'iperdirettivià sia la distorsione.