Storia dell'hi-fi: Philips MFB 545 Studio: "Un diffusore che ascolta se stesso!"

Già negli anni '1970 Philips produceva diffusori all'avanguardia in grado di monitorare la propria riproduzione e, se necessario, correggerla tramite un circuito di feedback. Il modello MFB 545 Studio era il più avanzato di questi.

Testo: Kari Nevalainen
Foto: Janne Käpylehto & Produttore

Come far sì che un driver per altoparlanti dinamici segua il segnale in ingresso nel modo più preciso possibile? Questa è una domanda che l'industria degli altoparlanti si pone da decenni e continua a porsi. 

Fin dai primi tempi della riproduzione audio, è stato chiaro che un altoparlante dinamico è, per molti aspetti, uno strumento imperfetto per riprodurre il segnale di controllo proveniente da un amplificatore, soprattutto alle frequenze inferiori a 200 Hz. La distorsione prodotta da un woofer in prossimità della frequenza di risonanza può raggiungere, nel peggiore dei casi, il 5-10%, ovvero diverse volte la distorsione prodotta dall'amplificatore. 

Le imperfezioni possono essere riscontrate nel corpo dell'altoparlante, nella bobina mobile e nella struttura del magnete, ma soprattutto nel cono e nella sua sospensione. È difficile far muovere il cono in modo preciso e cilindrico. È difficile farlo accelerare e arrestare con precisione. Anche la sospensione non si flette in modo preciso in base al segnale in ingresso e non ritorna mai esattamente nella sua posizione di riposo originale. Per questi motivi, tra gli altri, il cono di un altoparlante per bassi, che in genere presenta un'ampia deviazione di movimento, raramente si trova esattamente dove dovrebbe essere in base al segnale proveniente dall'amplificatore. In altre parole, non accelera alla velocità impostata. Gran parte della distorsione prodotta da un altoparlante alle basse frequenze è dovuta proprio alle carenze nell'interazione tra l'amplificatore e l'altoparlante.  

Nel corso dei decenni, i produttori di altoparlanti hanno cercato di correggere queste carenze in diversi modi, spesso sviluppando driver e coni più performanti. Ancora oggi, ogni poche settimane, vengono presentati nuovi materiali miracolosi per i coni, o combinazioni di essi. Il motivo per cui i costosi driver in ceramica sono stati impiegati negli altoparlanti di fascia alta negli anni '1990 risiede proprio nella loro distorsione nettamente inferiore. 

In Finlandia, Esa Meriläinen ha avanzato una proposta ancora più radicale: anziché essere controllati – come avviene attualmente – dalla tensione di alimentazione di un amplificatore audio a bassa impedenza, senza tenere conto della corrente che attraversa il carico, gli altoparlanti dovrebbero essere controllati dalla corrente. A differenza del controllo di tensione, il controllo di corrente non induce nella bobina mobile dell'elemento forze elettromotrici incerte e incontrollate dovute, tra l'altro, a impedenze variabili, il che si riflette, ad esempio, in una distorsione di modulazione centrale di gran lunga inferiore.  

Il colosso dell'elettronica Philips si interrogò intensamente sulla stessa questione tra la fine degli anni '1960 e l'inizio degli anni '1970. La sua soluzione non fu né un altoparlante di qualità superiore con un cono esotico, né un altoparlante di corrente; la sua proposta fu il Motional Feedback (MFB). Tuttavia, l'obiettivo di base era lo stesso: forzare il woofer dell'altoparlante a comportarsi in modo tale che il segnale proveniente dall'amplificatore venga riprodotto dall'altoparlante in maniera simile al segnale originale. 

feedback di movimento
Il feedback di movimento può essere considerato come un feedback globale standard di un amplificatore.  (negativo), che minimizza sia la distorsione lineare che quella non lineare, ma con la differenza che il feedback non viene prelevato dalle uscite degli altoparlanti dell'amplificatore (tensione/corrente) bensì dall'uscita dell'altoparlante, più precisamente da un piccolo e leggero accelerometro fissato al cono. Nel feedback di movimento, l'altoparlante diventa parte del circuito di feedback e la qualità del sensore diventa determinante, anziché la qualità dell'elemento. 

Nei diffusori Philips MFB, il sensore era un accelerometro piezoelettrico PXE (PXE si riferisce al materiale piezoelettrico) montato sulla parte inferiore della coppa parapolvere, che, vibrando, produce un segnale elettrico nello stesso modo dei vecchi diffusori a cristallo. Il sensore misura l'accelerazione del cono dei bassi/bobina mobile e trasmette il segnale PXE a un comparatore, che lo confronta con il segnale in ingresso all'amplificatore. Se c'è una differenza, il comparatore genera un segnale di correzione dell'errore che modula l'uscita dell'amplificatore in modo che l'uscita acustica dell'elemento mantenga una forma d'onda praticamente identica al segnale in ingresso. 

I sistemi di correzione degli errori basati sul feedback presentano inevitabilmente una certa latenza (Philips afferma che l'MFB 545 Studio ha un tempo di risposta inferiore a un secondo per segnali superiori a 1,5 millivolt) e altri problemi tecnici. Nonostante questi inconvenienti, Philips è riuscita a far funzionare i suoi altoparlanti con feedback di movimento come previsto. 

Philips ha utilizzato l'accelerometro solo nel woofer, poiché il cono tende a comportarsi in modo uniforme su tutta la sua superficie solo a frequenze inferiori a 500 hertz, consentendo così di determinare la tensione corrispondente all'uscita dell'altoparlante.  

La tecnologia ha ridotto significativamente non solo la distorsione lineare dovuta alla risonanza dei bassi, ma anche la distorsione non lineare causata dalla struttura di sospensione e magnete. Allo stesso tempo, la frequenza di risonanza del sistema è stata abbassata, consentendo una riproduzione dei bassi più profonda da un cabinet di piccolo volume. Ad esempio, la risposta in frequenza dei bassi del piccolo diffusore RH541 (23 x 29 x 17 centimetri) scende direttamente a 35 Hz, e la distorsione tra 35 e 500 Hz è di solo lo 0,5%. La tecnologia ha anche aumentato la tenuta in potenza del diffusore e ha contribuito a compensare l'effetto dell'acustica ambientale.   

Un pezzo di storia
Philips non ha inventato il feedback di movimento. Già nel 1958, GH Brodie brevettò una struttura a condensatore a piastre che controllava il movimento del cono. Servo Speaker continuò sulla strada di Brodie posizionando un elemento capacitivo cilindrico all'interno della bobina mobile sopra il polo magnetico. Il movimento del cono modificava la capacità del condensatore, che veniva quindi  Il circuito di controllo viene utilizzato per confrontare e correggere il segnale proveniente dall'amplificatore. Grazie al controllo servoassistito, la distorsione armonica totale dell'elemento altoparlante è stata nettamente ridotta.  

Philips fu tuttavia il primo produttore a commercializzare realmente un altoparlante con feedback di movimento. Per questo, deve molto a Piet Gouw, all'epoca a capo del gruppo High Fidelity, sotto la cui guida furono realizzati i primi prototipi e gli altoparlanti finiti. Al suo apice, la gamma di altoparlanti Philips comprendeva una dozzina di modelli MFB, a partire dal piccolo RH541 con un woofer da sette pollici e un tweeter a cupola da un pollice. Altri modelli noti includevano l'RH544, l'AH567, l'RH532 e l'ammiraglia RH545. 

Tuttavia, il progetto si rivelò alla fine troppo ambizioso e costoso anche per Philips. Secondo una fonte, solo circa 1.000 dei 545 furono prodotti prima che la produzione venisse interrotta nel 1979. Oggi, la tecnologia del feedback di movimento è ai margini, ma non completamente morta. Ad esempio, Grimm Audio (Eelco Grimm e Guido Tent sono  (che hanno lavorato nel laboratorio audio Philips) Il diffusore SL1 ha un subwoofer attivo Motional Feedback. Non sorprende che un altro produttore olandese, Kii Audio, abbia utilizzato una tecnologia simile nel diffusore Kii Three, così come ha fatto la svizzera PSI nel suo. 

Philips MFB 545 Studio
Il modello più ambizioso tra i diffusori MFB di Philips fu il 545 Studio del 1974. Per la progettazione di questo diffusore furono fissati obiettivi rigorosi. La riproduzione del suono doveva essere sufficientemente realistica e credibile per un utilizzo professionale esigente. Il diffusore doveva essere in grado di riprodurre i bassi in modo impeccabile fino a 20 Hz da un cabinet relativamente piccolo e con una pressione sonora sufficientemente elevata, senza distorsioni apprezzabili. La risposta in frequenza doveva essere regolabile in base all'acustica dello studio. Inoltre, il diffusore doveva essere dotato di filtri adeguati per la correzione della risposta ambientale. 

Il risultato è stato un diffusore a tre vie da 70 litri (di cui 20 litri per l'elettronica) con un cabinet in legno di frassino scuro, tre amplificatori di potenza e tutte le regolazioni e opzioni di modifica del suono necessarie. 

L'amplificatore da 35 watt (rms) del diffusore pilota un midrange a cupola da due pollici (AD 0210/Sq 4) e un tweeter a cupola da un pollice da 15 watt (AD 0162/T8) nella banda di frequenza superiore a 3.000 Hz. Un crossover passivo è posizionato prima dell'amplificatore di potenza. Per riprodurre le frequenze inferiori a 500 Hz, Philips ha scelto un elemento a cono in carta da 12 pollici (AD 12100/W4) e un amplificatore da 50 watt con crossover attivo. Gli amplificatori non erano in classe D, bensì in classe AB o B a fase alternata, costruiti con transistor separati senza amplificatori operazionali. Ad esempio, il modello 545 aveva un totale di 85 transistor e 39 diodi nel percorso del segnale. 

Nelle misurazioni in campo libero, la risposta del 545 Studio è risultata di ±1,5 decibel da 45 a 17.000 hertz, con un limite di -3 dB di circa 20 hertz. Soddisfacendo i requisiti dello studio, il livello SPL totale del 545 MFB Studio è stato misurato a 108 decibel su 7,5 ottave complete a una distanza di un metro. 

Regolazioni per uscite multiple
Il woofer è posizionato sull'asse centrale del diffusore, mentre la cupola del midrange e quella del tweeter sono leggermente decentrate, poiché il pannello frontale del 545 è dotato di un alloggiamento in plastica e di una serie di controlli del volume. La regolazione più importante è quella di mantenere la riproduzione delle basse frequenze del diffusore pulita e neutra, indipendentemente dal fatto che il diffusore sia posizionato contro una parete posteriore, una parete laterale o direttamente sul pavimento. Sono presenti tre precisi filtri elettronici SPL per la compensazione: 200 Hz: –5 dB, 60 Hz: –5 dB e 55–160 Hz: –3 dB. 

Oltre a questi, esistono alcuni tipi di equalizzatori di riverbero, uno dei quali è attivo a ±10 decibel.  Un filtro passa-basso e un secondo filtro passa-alto passivo da 7/10 kilohertz con pendenza regolabile (massimo 20 decibel per ottava). Inoltre, un filtro passa-alto da 35 hertz protegge l'altoparlante dalle infrafrequenze inferiori a 20 hertz.

I restanti tre controlli servono per il collegamento degli altoparlanti. Il primo seleziona un segnale di ingresso bilanciato (studio) o sbilanciato (DIN 45500). È presente un interruttore automatico di accensione/spegnimento a relè per la connessione DIN. Il secondo controllo offre una regolazione a 11 livelli della sensibilità di ingresso (1–23 volt), mentre il terzo determina la canalizzazione degli altoparlanti. 

Il diffusore MFB 545 Studio si collega principalmente a un'uscita preamplificata adeguata, in modo simmetrico (1 volt / 10 kiloohm) o asimmetrico (1 volt / 100 kiloohm). Philips offriva anche un proprio preamplificatore, l'RH551 (1975), progettato specificamente per i diffusori MFB. Tuttavia, il diffusore è progettato in modo tale che il segnale possa essere prelevato anche dall'uscita per diffusori dell'amplificatore di potenza, se necessario.  

Sistema nervoso
I diffusori attivi come i Philips MFB 545 Studio non erano certo una presenza quotidiana negli anni '1970, nemmeno nel mondo degli studi di registrazione. Tuttavia, il vero punto di forza di questi diffusori non era la loro attività o la loro versatilità, bensì l'accelerometro piezoelettrico menzionato all'inizio, montato al centro del cono del woofer vicino alla bobina mobile, e il circuito di feedback costruito attorno ad esso.  

Il funzionamento tecnico del sensore è piuttosto semplice. Un sensore a piastra piezoelettrica, con una massa totale di circa 30 grammi, genera una piccola tensione (massimo 500 millivolt) corrispondente all'accelerazione del cono/bobina mobile, che un circuito JFET (JFET e due resistori) trasmette in una forma adeguata a un comparatore. Quest'ultimo confronta il segnale PXE con il segnale di ingresso dell'amplificatore, producendo un segnale di correzione che viene retroazionato all'amplificatore con un'inversione di fase. In questo modo, eventuali errori di movimento del cono del woofer vengono eliminati immediatamente alla sorgente del segnale e il segnale acustico dell'elemento risulta simile al segnale di controllo originale. Come effetto collaterale, la maggiore massa delle parti mobili migliora l'efficienza della riproduzione dei bassi alle basse frequenze. 

Questo è più o meno chiaro, ma l'implementazione pratica, soprattutto con i dispositivi degli anni '1970, non era, e non è tuttora, un'impresa banale. Quando vibra e accelera con il cono, l'elemento piezoelettrico è sottoposto a carichi elevati e forze di vario tipo. Il problema è far sì che il sensore segua il movimento del cono in modo da fornire letture corrette e non compromettere altri aspetti della riproduzione. Il sensore doveva essere montato con molta cura, così come il movimento doveva essere libero da ostacoli (blocchi di gomma). La massa delle parti mobili doveva essere scelta con attenzione, i transistor dovevano essere protetti dalle interferenze elettriche mediante un involucro, bisognava tenere conto dell'effetto della resistenza dell'aria e così via. Infine, naturalmente, il tutto doveva essere sottoposto a rigorosi test operativi. 

Oltre al feedback di accelerazione, veniva utilizzato anche il feedback di velocità, ovvero la tensione corrispondente alla velocità della bobina mobile veniva ricavata dal segnale di accelerazione e aggiunta al segnale inviato all'amplificatore tramite un cosiddetto integratore. 

Basso puro
Il presupposto e la logica alla base della qualità del suono del diffusore MFB 545 Studio, così come di altri diffusori MFB, risiedevano nella convinzione che il suono di un diffusore di alta gamma dovesse essere puro e privo di distorsioni, indipendentemente dal volume di riproduzione o dalla complessità della sorgente sonora. Il punto di partenza, a sua volta, era la convinzione che l'orecchio umano sia sensibile a certi tipi di non linearità e impurità appena percettibili, anche nelle prime due ottave. Pertanto, il segnale originale che attraversa il diffusore deve essere riprodotto nel modo più impeccabile possibile, il che si riflette poi nella risposta in ampiezza e fase piatta del diffusore e nei bassi livelli di distorsione. 

Janne Käpylehto ha acquistato i diffusori MFB 545 Studio circa cinque anni fa da un amico che dieci anni prima aveva promesso di tenerli per sempre. Dopo averli ascoltati a lungo nel corso degli anni, Janne ritiene che Philips abbia raggiunto il suo obiettivo. Aveva già ascoltato in passato diffusori MFB di dimensioni inferiori, trovandoli anch'essi eccellenti. Ecco come li descrive:  

“Tuttavia, la differenza tra il 545 e i modelli più piccoli è enorme: il suono del 545 è incredibilmente naturale e tutto viene riprodotto con estrema precisione. In effetti, non sarebbe del tutto sbagliato descrivere il suono come simile a quello di un Genelec. L'MFB 545 suona come dovrebbe suonare un monitor bilanciato: la risposta dei bassi è profonda, precisa e pulita anche alle basse frequenze. Ascoltare Béla Fleck è una vera delizia, soprattutto il basso elettrico e la grancassa. In questo senso, il motion feedback sembra funzionare davvero bene. Forse il difetto principale del diffusore è la risposta degli acuti, ma solo in termini relativi, non assoluti. La riproduzione dei medi è ottima. Le voci sono pulite e naturali. Nonostante la sua natura da monitor e la sua risoluzione, il suono del diffusore non è affatto affaticante. Apprezzo moltissimo il suono di questo diffusore. Il Genelec 8050 non ci riesce!” 

Durante le sue sessioni di ascolto, Janne ha mantenuto tutti i controlli in posizione intermedia, poiché la stanza è spaziosa e ha un'acustica piuttosto buona, e non è stato necessario montare i diffusori a parete. Ha notato che l'immagine sonora più piacevole si ottiene ruotando i diffusori di circa 20-30 gradi verso l'ascoltatore.

Il diffusore Philips MFB 545 Studio non è facilmente reperibile sul mercato dell'usato. Quando è stato venduto, il prezzo richiesto si aggirava su poche centinaia di euro. Online, i nuovi acquirenti ne hanno elogiato l'ottimo rapporto qualità-prezzo. Uno di loro ha addirittura affermato: "Un involucro economico e un suono paragonabile a quello di un diffusore da 10.000 euro!".

Vendo un paio di cuffie Philips MFB 545 Studio, collaudate e in ottime condizioni. Gli interessati possono contattare: janne.kapylehto (A) gmail.com  

INFO

Negli anni '1970, VTT ha testato il modello Philips MFB 545 Studio per una guida alla selezione di sistemi Hi-Fi.

Il pannello frontale dell'altoparlante include regolazioni dei bassi in base alla posizione dell'altoparlante, equalizzatori di riverbero e un selettore del segnale di ingresso.

Il Philips MFB 545 Studio è dotato di un tweeter a cupola da 1 pollice, un midrange a cupola da 2 pollici e un woofer da 12 pollici per i bassi.

L'altoparlante è dotato di tre amplificatori in classe A/B da 15–50 watt. 

Nel suo periodo di massimo splendore, Philips offriva diversi modelli di altoparlanti con feedback di movimento, il più grande dei quali era il 545 Studio.

Nel feedback globale, il feedback (negativo) viene prelevato dalle uscite degli altoparlanti dell'amplificatore (tensione/corrente), mentre nel feedback di movimento, viene prelevato dall'uscita dell'altoparlante da un piccolo e leggero accelerometro fissato al cono dell'altoparlante.

L'articolo è disponibile per la lettura. Tratto dalla rivista AVPlus 5/2020 (N. 198)