What if.... Let's try the current amplification

I was an happy camper with my horns and whistles.
Then I looked at my amplifier: one Quad 303, perfect for the job, a laid back sound that my 50 years old ears appreciate alot.
But I always felt like I need more "control" and "speed" in the lower end.
Money is an issue, amps are heavy money. I thought about some cheap pro amp, so I hooked up one Carver M1.5t I own from the beginning of this passion, to see if it was possible to drive a 105 dB speaker with one 350 W amp.
In my case, it is not.
The volume control knob is working too close to the beginning, where some non linearity is always possible.
Then, surfing around, I bounced on this Pass and Creazzo  papers about current amplification, and so I decided to try this possibility.
First thing to do, make the impedance response of my speakers flat.



I added to the crossover (red trace) an RCL serie in parallel to the midhigh input, as described in another post. This is already a good result if one plans to use this speaker with a tube amplifier (the blu curve). But it's not flat enough for a current drive, so I added an R in parallel to the woofer input (black curve). This is ok for a current drive, a bit too low for conventional amplification!






So what happens to the frequency response?
In red you see the system's frequency response when conventionally amplified with an equalized Quad 303.
In black you see the very same system, but with a Carver amplifier in current thanks to an added R to the output of the amp of 54 Ohms.So both conditions refer to the red impedance curve.

 1. Red - Quad303, Black - Carver M1.5t + R54Ohms

What surprises, even if expected, is to verify that the spl between 100 and 500 Hz of a 28W RMS amp like the Quad is the same of a 350W RMS when driven in current.

What happen if we add the RCL cell like in the blue trace of the impedance plot?
Here it is:

2. Red - Carver + 33R, Black - Carver + 33R + RCL

After adding the 5Ohms R in parallel to the input, like in the black trace of the impedance plot, the impedance went to a flat 3 Ohms +/- 1 Ohm, linear enough for the current amplification. This allowed to use a 33R instead of 54R, respecting the common sense of a 10 times greater R on the output of the amp respect to the impedance of the speaker.
The result is in the following RTA, where in red we have the conventionally driven Quad303, equalized through the AEQ function of my Behringer DEQ2496 (same as the red trace in graph nr.1), while in black you can see the Carver, similarly equalized and driven in current through the 33 Ohms resistor and the flattened impedance curve. Levels are arbitraries.

Red - Quad, Black - Carver

I don't want to describe my sensations, I just want to say that in this way the sound is much cleaner, with a prompt and steady bass, refined highs...Ok, just read the curves, they are saying the same! So, I don't really know how much this is an advantage of the current drive respect to the system's modification, but I could reasonably say that I feel free of some muddiness in the lower end, that I would like to associate to the back EMF issue (or its lack) but I am not even sure if this system (which is not, we must remember, a from-birth current drive system) is solving this matter properly... Anyway, when the ears tell you "now it's better than before", we can go to sleep thinking "mission accomplished", and that's what I'm going to do right now.
No, not really, there is one, big, issue in this work: the SPL is much lower than before, too low for a real slobber. I need more juice, because right now the volume knob of the preamp is going to almost the end, and the Carver's LEDs tell that 350W are thrown in the 105 dB speakers, and I need more: the level with the Quad was higher.
So, what to do? Difficult to come back, once tried. A 700 W amp instead of the Carver? It's only a 3 dB difference, should this be enough? Again I'm thinking to bi-amping...let's see what the future will bring.
Suggestions are welcome, as usual!

Aggiornamento

Some little frills, after all it's springtime.
I tried soft sanded glass covers, instead of plan plywood.
Nicer, both on the bottom (first pic) or on the top of the mid horn.
When on top, it allows to place the tweeter on the same line of the mid mouth. 
This affects a lot the phase emission and coherence between mid and tw, considering we have a passive filter not compensating for this. I have tried to listen carefully to the difference between the tweeter on axis from mouth or throat point of view, but with no final results.
Next step will be a 2 way amplification, one for the woofer with adequate delay (anticipation in this case) and one for the mid-high, with the tweeter again in its pristine position, like in the first picture.
Alcune piccole modifiche, sia dal punto di vista estetico che di fine tuning.
Cominciamo con il look:

Ho aggiunto un piano in vetro acidato, "per vedere di nascosto l'effetto che fa". (Grande Jannacci, R.I.P.).

Al solito per mantenere il trend cialtrone la foto è una pessima immagine presa col telefonino.

In un primo momento ho posizionato il vetro inferiormente, come piano d'appoggio per la tromba:

Poi ho provato invece a posizionare il vetro al di sopra, in modo da creare un piano sul quale fosse possibile avanzare il tweeter a filo con il medio, considerando le rispettive bocche:

A me piace di più così.
Certo si crea un problema nient'affatto secondario, ovvero, dato che il sistema è filtrato tutto passivamente, al ritardo di emissione del woofer sul medio-alto si aggiunge anche il ritardo del tw sul medio.
La soluzione che adotterò sarà una biamplificazione tra woofer e medioalto, con regolazione del ritardo e taglio passivo con arretramento del tw in modo che l'emissione alla gola del driver del tweeter e del cono del mid sia sullo stesso piano. Dovrò valutare se e quanto la superfice piana del vetro influisce sull'emissione.
Comunque, nell'attesa di verificare quanto questi sfasamenti di emissione possano nuocere all'ascolto (vi confesso che le prove fatte sulle due posizioni del tw rispetto al medio non ha dato esito) vi pubblico il grafico della risposta attuale con l'aggiunta dei sub woofer (curva verde).
Il basso è prominente, come piace a me, mentre la curva cala secondo Moeller, anche se dal grafico della risposta L+R in mono sembrerebbe molto di più, ma è la rilevazione che è fasulla in alto, basta vedere la risposta del singolo canale (in giallo nel primo grafico) rispetto alla somma dei due più sub (ciano e RTA)
Dovreste vedere le facce di coloro che vengono a sentire il risultato finale...
And here again the actual response of the system, with two subs in mono and equalisation from the DEQ2496 only above 125 Hz, as you can see from red and yellow curves on the first graph. This kind of measure is not trustable above a certain frequency, I would say around 5kHz, because it is made with the two speakers in mono feeded with the same signal. So, the cyan curve as well as the RTA ones are good only to "roughometrically" evaluate the integration between subs and system.

Rosso L no eq, Giallo L eq, Ciano L+R+sub

Rosso - L+R , Verde - L+R+sub

Time for Fine Tuning

Fine, and horns, usually don't play in the same field.
I ended up to the conclusion that this is only a matter of bad designs.
This system however showed immediately its propension to a good sound, not only loud.
But a sort of harshiness was always sneaking out from female vocals, I dominated it with the use of an equalizer, but the request for this system to integrate flawlessly in one home environment, drove me to the conclusion that I had to tune the filter to the speakers in a more professional way than a slob would...
So, here we start:
Fine e trombe, per i detrattori del sistema, non dovrebbero andare d'accordo.
Io sono arrivato alla conclusione che questo succede solo quando le medesime seguono un cattivo progetto.
Ad esempio, mi sembrava di sentire una certa durezza sulle voci femminili, per cui ho deciso di non fare il pigrone e modificare leggermente il filtro per integrare il tweeter, che non è quello di progetto, meglio di quanto fatto.

 In red is the frequency response of the LBH (Little Big Horn) from the listening position, before any cure. In yellow is the response of the room, 366ms after the impulse is generated. With this graph it is possible to "see through" the room's modes and interference: for example, in my case, it is useless trying to equalize the 60Hz and 40 Hz bumps.
The harshiness my golden ears felt could have been generated by that hill around 3 kHz. 
The original mid band-pass filter designed by Mr. Calabrese is very smart: considering the mid horn has to blend with the tweeter at a frequency not lower than 3 kHz, he made the filter resonant, more than a typical Cebishev, so to "pump up" the response up to the 3 kHz required to cross with the tweeter. With the Crites' tweeters this seems to be too much, so I changed the L value on the low pass filter of the midrange, from 0,4 to 0,67mH, the result is seen in green. Much better indeed.
Ho deciso di piallare quella gobba sui 3.000 Hz (in rosso), dovuta ad una mia errata applicazione del filtro progettato sul kit originale da Calabrese, un filtro, mi ripeto, geniale nella sua linearità, (basti pensare che non è presente nemmeno un'attenuazione) e con un accorgimento a livello del Passa - Basso del mid reso risonante per portarne la risposta fino ai 3.000 hz di progetto per l'incrocio col tweeter. Onore a chi sa come si progetta!
Avendo cambiato tweeter, il problema non si pone più. Ma se il T35 Electro Voice si inseriva come un guanto su quel filtro, questo Crites scende di più, perciò la risonanza va ricondotta a più miti consigli. E' bastato sostituire la bobina del filtro originario da 0,4 mH con una da 0,67 per ottenere la risposta in verde.

Now, that awful peak at 500 Hz. I wasn't able to get rid of it. It is present on both speakers, in any position of the mic, but not in the close field. Any clue? Please suggest.
From a listening point of view, much worse seemed that big deep just before the peak, the two together are a mess. So, after trying with notches, phase inversions, etc., I ended up with this: I changed the 3mH inductance in the high-pass of the midrange with an 8mH, that brings together a 1 Ohm Resistance. The result you can see hereunder, red and blue for the two channels:
Ora restava da occuparsi di quella punta a 500 Hz. Essendo presente sia sul sinistro che sul destro, anche a rilevazioni a diverse distanze, ma non in campo vicino, ne ho dedotto che di sicuro non posso pensare di intervenire con l'equalizzazione a posteriori, per cui mi sono concentrato nel cercare di colmare quel gap che si vede tra 250 e 500, cosa che ho fatto cambiando la bobina del Passa - Alto del mid da 3mH con una da 8mH, che porta con sè anche una resistenza di 1 Ohm...
Ecco il risultato, dal punto di ascolto per i due canali:

In the meanwhile, this is the final result on the impedance graphic, much interesting in my opinion, because you can see that now the lowest frequency is no more 2.8 Ohms (because of that resonant filter), but a much more relaxing 3.5 Ohms, and the impedance in the lower portion is around a 10 Ohms, almost resistive...
E qui si vede un effetto secondario molto piacevole delle due modifiche, si può confrontare il modulo d'impedenza con quello nel post nr.2, ossia l'innalzamento del minimo d'impedenza a 3,5 Ohm anzichè 2,8, e il carico che non scende sotto i 10 Ohm praticamente da  70 a 700 Hz, per la gioia del mio Quad 303. Anche la fase è un po' meno reattiva, meglio così.





With an RCL on the input of the filter, we can easily adjust this speaker to be perfect for a tube amp, so here it is:

In red before the cure, in green after. This speaker is calling for a biamp, a good 40 W SS or more on the bass, and a refined tube SE on the midhighs, don't you think?
Nel caso qualcuno volesse rendere il modulo più adatto all'uso con un ampli valvolare "lesso", è possibile applicare una celletta RCL serie in parallelo all'ingresso del filtro, per il risultato qui in verde. non ho finalizzato la cosa perchè non ho un ampli valvolare o a transconduttanza tipo i First Watt, per cui sto bene così, ma se passerò alla biamplificazione riprenderò il discorso.

Ottobre, è tempo di misurare...

I have finally bought one pair of CT125 Crites tweeters.
They are known for beign the direct replacement of the T-35 Ev I had originally, without any change in the filter.
Considering how happy I was with the T-35s, the fact that they do not pop up very often in perfect conditions on the web for sale, and that I am a lazy guy and don't want to go through a passive filter once again, I decided for this tweeter. In the future I intend anyway to replace the diaphragms on my t-35s, 'cause they have the metal horns, that I like most!
I will show you pics of the installation...when done! 
For now, following the Perfect Botcher's Philosophy, they are just sitting on top of the mid horns, exactly like the T-35s you can see in the previous pics.
Follow this link for the Crites'page.
Mi son fatto due tweeter di Crites, i CT125 (qui sopra il link).
Sono nati per essere il rimpiazzo diretto dei T35 ElectroVoice senza dover modificare il filtro (almeno così dicono) e così ora poggiano in situazione precaria, in piena filosofia cialtronica, sulle trombe dei medi.

Now for the acoustic voyeurs, some measures.
E ora, qualcosa per i misuroni.

Let's start with the Little Big Horn 4th Edition (LBH4), measured from the HT position (I'll explain this later) against the measure from the HiFi position of the well famed, divine Quad ESL57 that I am proud owner of. Level is arbitrary, but the same for both. No gating. 
The Quads are positioned 2mt away from the microphone, the LBH4 4,5mt...
Cominciamo con il Little Big Horn 4^ edizione (LBH4) misurato dalla postazione HT (poi spiego) contro le famose, divine Quad ESL delle quali sono fiero possessore. Le Quad stanno a 2 mt dal microfono, le LBh a 4,5, il livello è arbitrario ma quello relativo è confrontabile.

1/6 oct., far field, clio amp

Did I said I'll explain later? 
OK, I have two systems, one with the Quads, very close position, at low levels, for night and relaxed listenings. The LBHs are in the corners, and require more distance from the listening position, so I optimised them for a listening from the home theater seats, that are behind the "hifi couch"... this 2,5 meter of increased distance helps a lot in adjusting the reproduction, considering also that these beasts are great with rock at realistic levels, especially video concerts, that I love most!
Ho scritto che poi spiegavo?
 Ho due sistemi, uno per le Quad, per ascolti ultraravvicinati a volumi notturni. Le LBH sono negli angoli (ma va?) e richiedono maggior distanza dal punto d'ascolto, perciò le ho ottimizzate per un ascolto dalle poltrone HT, che stanno dietro il divano per l'hifi. Questi 2 metri e mezzo di distanza aggiunta aiutano molto ad aggiustare la riproduzione, considerando che queste bestiacce sono eccezionali quando si "suona" qualche dvd di concerti rock a livelli realistici.

Second phase is the equalization of the LBHs, that I made through one very straight-forward Behringer DEQ2496, its pink noise, and the clio measured results:

black, far field pink noise through Sony HT amp,       green, like black plus eq +5dB

Fase due riguarda l'inserimento del mio fido Behringer DEQ2496, usato solo in sottrazione, per cui il livello post-eq, in verde, è alzato di 5dB per permettere un agevole confronto. Per prima cosa ho cercato di ricondurre alla ragione quella gobba a 3,3kHz, poi ho agito su quella gobba a 140 Hz dopo aver verificato che non si trovava anche sul diffusore sinistro, ossia che poteva essere corretta senza danni alla riproduzione.
Equalizzare è come scolpire, si levano strati e strati da un blocco informe, finchè...il tuo Behringer ti dice che non ce la fa più!
Alla fine, ecco il risultato:
Please note that the equalization is only subtractive, level of green is raised of 5 dBs to match the black flat one. Look at black: this first equalization was made to get rid of that hill around 3,3 kHz, until that spike appeared revealing a possible diffraction that can't be touched. Same for the lower end, where I just touched that bump at 140 Hz, after having verified it was not present on the left speaker, meaning it was possible to correct without damages.
Equalizing is like sculpture: you start from a row block of stone, and start to take away, layer after layer, refining until ...your Behringer says it cannot do more!
And at the end, this the result I reached:

red, right speaker, far field pink noise through Sony HT amp, black, left speaker, same.

I equalised the right speaker with mono signal from the Behringer (pink noise).
I then equalised the left speaker to match as close as possible the right one.
I am happy with the result, look at the response between 1kHz and 10kHz, where the horn usually reveals its.."hornity". Now when I turn the Volume knob clockwise it's windy in here!
I don't care what you think of that bass frequencies much over the line, when I play Smoke on the Water on the Macmini I tell to myself this is just right!
But this drug gets you addicted very fast. Sooner I realised how much I missed a first octave, with organ for example, or modern sinthesized music, so, here is the result after integrating two very simple HT subwoofers in the system. They are two Indiana Line Arbour S10, equalized through a DSPeaker manager 8033s.
This graph is made improperly, it is the mono signal from the Behringer (pink noise), sent to a 200 Euro Sony HT receiver, that addresses it to the DSpeaker and the subs through its mono sub preout, and amplifies and send it to the front left and right output to the LBHs. So in this graph both the speakers are on, with the same signal, as well as the two subs. I don't mind here the global frequency response, because of the two speakers playing together, but I was interested in the blending of the subs with the LBHs. Please compare with the above graph.

Ho equalizzato prima un canale, e poi l'altro sul primo, passando per il mio fetecchioso Sony HT da 200 Euri. Il risultato è notevole da 1 a 10 kHz, dove la tromba rivela spesso la sua "trombaggine", e il basso, beh, a me mi piacciono i bassi, che ci volete fare?

E' una droga, e come tutte le droghe dà assuefazione, così, ultimo grafico, ho aggiunto due sub, in mono, trattati con il speaker manager DSPeaker 8033s. Tira vento qui, sapete... Ah, il grafico è sbagliato, perchè ottenuto con un segnale mono mandato ad entrambi gli speakers e entrambi i sub, ma a me qui interessava vedere l'interfacciamento tra sub e tromba, non la risposta globale.

E tutt'd'un tratt'...

In the full glory from the integrated camera of the cell phone, here is the Little Big Horn in all its pride, from the listening position, right box.

Please note that by now the tweeter is a plain T35 electrovoice I stole from a Coaxial from the same brand (did I already told you I'm a botcher?). He slips in the kit's crossover network like if it was tailored for it, we are talking of a bad 5th order electrical network here, so it's difficult to make big damages here, especially if we add the horn cut-off.

Please note also that the mid freq horn is toed in to compensate the small dimension of the listening room

Hereunder it's better seen:

Nello splendore della fotocamera integrata del telefonino, ecco a voi la Little Big Horn nella sua fierezza, in posizione d'ascolto, cassa destra.
Prego notare che per ora il tweeter è un Electrovoice T35 recuperato da un coassiale della stessa marca (ve l'ho già detto che sono un cialtrone?), che si è inserito nel filtro previsto per il kit come se fosse stato fatto apposta per lui, del resto un taglio passa-alto del quinto ordine elettrico è così cattivo di suo che è difficile fare danni, specie se ci aggiungiamo il cut-off della tromba.
Prego notare inoltre che la medio-alta è stata opportunamente orientata verso l'interno della posizione d'ascolto, in modo da rendere l'emissione congruente con la dimensione (ridotta) della stanza d'ascolto.
Qui si vede meglio:

Now it's time for some measures, but they are still inside the Clio on another PC, and I will copy them when I will have the right mood for that... For now, some first graph is posted anyway:

Adesso toccherebbe alle misure, che sono dentro la clio nell'altro PC e che tirerò fuori non appena me ne verrà ispirazione. Intanto, qualche primo grafico ve lo posto:

This is the mid+horn, nearfield, 30° horizontal out-of-axis, like it is heard from the listening position. Oh, I forgot...NOT FILTERED!

Mid rilevato in campo vicino, a 30° fuori asse orizzontale, esattamente come emette verso il punto d'ascolto come da foto sopra. Ah dimenticavo....: NON FILTRATO!!!!

And this is the same mid but from the listening position, no weighting on them, so purely a hint on the work of the filter. Peaks and deeps are not like that, I know you know, and that big hump at 400 Hz is only due to a "slobby" connection between cone and throat that I amended in the final version. Please look at the steep 3,5 kHz low-pass! 

Una misura del mid dal punto di ascolto, senza finestrature, livello arbitrario, quindi puramente indicativa del lavoro svolto dal filtro. Quei picchi e buchi ovviamente non ci sono, quella che sembra una risonanza del filtro a 400 Hz in realtà è una risonanza del''accoppiamento "cialtronico" tra mid a cono e gola, nel modello definitivo non c'è. Qui mi premeva vedere l'effetto del filtro sul passa-basso del mid a cono caricato a tromba, guardate com'è ripido il taglio a 3,5 kHz.

Impedance curves, notice the low minimum at 2,9 kHz, like in the design, not severe enough to affect the amplifer's performances. OK, if I would go tubes, maybe I should smooth the impedance curve above 1 kHz...

Modulo e fase del sistema completo, permane lo stretto minimo a 2,9 kHz dovuto alla necessità di portare più in alto il taglio della tromba dei medi, situazione che oggi sarebbe facilmente ovviabile scegliendo un diverso tweeter, magari un driver da 2" o 1,4" per abbassare il taglio tra esso ed il mid. Ma a me premeva provare il kit in questione, e devo dire che quello stretto minimo, considerando anche la fase a quella frequenza, non è un problema per nessun ampli. Certo se pensassi di andare a valvole magari una piallata all'impedenza sopra ai 1.000 Hz gliela darei..

Il Woofer

A DIY woofer?...Well, a sort of... It's a car subwoofer chassis and magnet, put together by a great pro and friend of mine with some JBL and EV parts from the 50s and 60s...the result is a BxL of 18 Txm and a Mms lower than 80 gr for a 15" woofer...

Autocostruito...????...
In pratica è il cestello più motore di un subwoofer uso car di produzione italiana, al quale il mio amico e appassionato storico Pajusco, ex gerente di Ciare per il Triveneto, ha sapientemente collegato come parte mobile un cono in carta JBL e un gruppo mobile bobina-centratore Electrovoice, il tutto direttamente dagli anni '50 e '60.
Il risultato?
Una bestia da 15" dal Bxl superiore a 18 Txm e Mms inferiore a 80 gr....

allegherò i parametri esatti rilevati con Clio appena avrò tempo e voglia di estrarli dal PC dedicato... ve l'ho già detto che sono un cialtrone? Intanto godetevi una vista del centratore...notare la spalla piatta, e che, stiamo giocando?

 Here you can see it against a NHT1259, a famous 12" subwoofer from Tonegen, famous at least among us DIYs

Qui invece lo vedete a confronto con un valido rappresentante dei prodotti normali, un 12" NHT mod. 1259, che ha fatto la storia del sub da autocostruzione, ma di fronte al bestio sembra un conino qualunque..

Si riesce ad intuire la bellezza di questa cellulosa e della sospensione in tela?

I found the Clio measured parameters, I feel like a father looking at his child's scan...sniff

 Toh, guarda un po', ho trovato i parametri!
Non vorrei offendere la sensibilità di nessuno, ma per me è come guardare le prime ecografie di un figlio...

In mid stat virtus

Horn views

The midrange open rear chamber, with its layers of  filling materials : 

speaker  bolted on a 3mm sheet of metal as the round throat

Detail of the connections

First layer: Dacron

Second sheet of Fibreglass

Third layer of Dacron

...and a fourth and final sheet of 1,5 cm white felt, very classy, is missing here...