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in linea, End Fire, Gradiente, Cardioide Stacked

In questo articolo vediamo alcuni esempi di configurazione di Subwoofer, come si comportano ed eventuali vincoli che costringono ad optare per una configurazione piuttosto che l’altra.

Fondamentalmente abbiamo 4 tipi di configurazioni base, ed eventuali tecnicismi/evoluzioni sono tutti derivati da questi:

  • In linea, dove abbiamo 2 o più elementi affiancati, la configurazione più semplice.
  • End Fire, che prevede 2 o più elementi separati da una distanza pari ad 1/4 della lunghezza d’onda per la quale si vuole la massima cancellazione, e con il primo Subwoofer, quello più vicino al pubblico, ritardato elettronicamente del valore necessario per portarlo virtualmente alla stessa posizione di quello più vicino al palco.
  • Gradiente, disposto come nel punto precedente, ma in questo caso è il Sub più vicino al palco che viene sposato virtualmente (ritardato), ed al quale viene poi invertita la fase.
  • Cardioide Stacked, nel quale 2 o più subwoofer sono disposti uno sopra l’altro ed uno viene rivolto verso il palco, ritardato elettronicamente di un valore opportuno e poi invertito di fase.

La teoria vuole che nel momento in cui si inizia a fare prendere una determinata “direzione” alla basse frequenze si ha una leggera perdita di pressione sonora, dovuta al fatto che il tentativo di cancellazione dell’emissione posteriore provoca delle perdite anche alla somma delle emissioni che si ha nella parte anteriore, in modo più o meno evidente in base alla configurazione. In questo articolo vedremo dei risultati legati alla teoria e alla simulazione, l’esito finale ovviamente va sempre verificato con delle misurazioni, provando magari configurazioni diverse da quella scelta in prima istanza.

Subentrano spesso anche questioni logistiche, di spazio, che precludono la possibilità di usare una o l’altra configurazione e per le quali poi ci si deve “accontentare” della soluzione standard in linea, che richiede poco spazio davanti al palco ed una altezza ridotta dello stesso, anche 60cm nel caso in cui ad esempio si impieghino dei 18” sdraiati o dei doppi 18” alti poco più del Woofer stesso (RCF 9006AS, DB DVA S30, NEXO RS18 e simili). Le configurazioni End Fire e Gradiente invece richiedono più spazio oltre il palco e molto spesso questo non c’è, soprattutto in eventi molto piccoli o anche in condizioni indoor, mentre il Cardioide Stacked ha bisogno di spazio in verticale, quindi necessita approssimativamente di un palco di almeno 1m di altezza nel caso di 2 Subwoofer sovrapposti e almeno  1,5m nel caso in cui i diffusori da impilare siano 3.

Poi magari ci sono situazioni, tipo DJ set e simili, dove essere “inondati” da 120dB ed oltre dietro i Subwoofer fa solo piacere e quindi il controllo della direzionalità dei bassi non è un problema Sorriso

Vediamo ora, tramite l’ausilio del software EASE Focus 3, la simulazione del comportamento delle varie configurazioni elencate. Focus 3 usa dei modelli forniti dai vari produttori (.GLL files) per elaborare una predizione di copertura e distribuzione della pressione acustica in base configurazione adottata, ed è spesso usato per simulare eventi particolari, come concerti negli stati, arene, e simili. Per lo scopo ho usato il modello dell’ RCF SUB 8004-AS, semplicemente perché oltre ad essere un ottimo componente ne ho realizzato un “clone” delle stesse dimensioni, e quindi volume, altoparlante (LF18X401) e con una frequenza di accordo probabilmente leggermente più bassa per una maggiore estensione, in versione passiva, ognuno pilotato con un Yamaha P7000S, quindi con a disposizione ancora più dinamica rispetto all’originale in caso di necessità.

Ho considerato una piccola area di ascolto da 20m x 12m, completamente gestibile da una coppia di 18”, anche per comodità nella visualizzazione dei dati, con i diffusori posizionati a 6m (la griglia dei Sub in pratica si trova a 0m) dal fondo per lasciare spazio ad un ipotetico palco, e 2 microfoni “virtuali”, uno a –2,5m per simulare un ipotetico centro di un palco e l’altro a 12m; come impostazione del SUB 8004 è stata scelta la 90Hz Deep, frequenza che per i miei gusti è già troppo alta per un SubWoofer. Inoltre non ho simulato la configurazione L-R, con i diffusori ai lati del palco, perché come abbiamo visto qui causano grossi problemi di uniformità di copertura e richiede almeno 4 diffusori per implementare queste soluzioni; vedremo prossimamente come cercare di mitigare i problemi che sono stati descritti nell’altro articolo e ottenere comunque una buona cancellazione dell’emissione posteriore.

Iniziamo con la configurazione semplice in linea, affiancati, e vediamo cosa succede a 4 frequenze fondamentali di funzionamento a 1/3 di ottava in sequenza: 40HZ dove comunque il sub in oggetto inizia a calare, 50Hz, 63Hz, 80Hz e il “broadband” ossia su tutta la gamma riprodotta dalle 2 unità.

Affiancati 40Hz

Affiancate 50Hz

Affiancate 63Hz

Affiancate 80Hz

Affiancate BroadBand

Come si può vedere abbiamo in sostanza, come ci si aspetta, una distribuzione omnidirezionale e dalla scala cromatica si evince che la banda intorno ai 63Hx è quella di maggiore efficienza, anche perché a 80Hz inizia a farsi sentire l’effetto del filtro passa basso che si trova poco più in la.

In termini di numeri, utilizzando quindi 63Hz come riferimento abbiamo 114,3dB al microfono piazzato a 12m e 124,5dB al microfono che si trova 2,5m dietro la linea, al centro dell’ipotetico palco. Stiamo parlando di valori molto alti, calcolati sulla massima emissione possibile della coppia di Subwoofer, ma serve comunque per avere un’idea; anche ipotizzando di abbassare il livello di 6dB (4 volte), sul retro ci sarebbe in ogni caso una “spinta” notevole.

Vediamo adesso la configurazione End Fire, che prevede la disposizione di due Subwoofer uno di fronte all’altro, separati (griglie-griglia ad esempio) da una distanza pari ad 1/4 della lunghezza d’onda della frequenza centro banda nella quale si vuole raggiungere la massima cancellazione, e con il diffusore più lontano dal palco ritardato del tempo corrispondente. In questo caso, scegliendo 60Hz come riferimento abbiamo un distanziamento di 1,43m ed un ritardo di 4,16ms

I 5 grafici visti prima diventano a questo punto

EndFire 40Hz

EndFire 50Hz

EndFire 63Hz

EndFire 80Hz

EndFire BroadBand

Come si può vedere, per le caratteristiche della configurazione, a 40Hz siamo praticamente ancora nella dispersione omnidirezionale, a 50Hz si inizia ad avere una cancellazione, a 63Hz si raggiunge il massimo dell’annullamento (come da calcoli) e a 80Hz l’andamento prende la forma ipercardioide, ma comunque ancora con una buona cancellazione posteriore. Volendo fare un indagine broadband su tutta la gamma coperta dai nostri due 2 Subwoofer notiamo comunque una evidente riduzione dell’emissione posteriore.

Prendendo sempre come riferimento i 63Hz il microfono a 12m rileva questa volta 114,9db, che a tutti gli effetti è anche qualcosa in più rispetto alla linea per effetto che abbiamo un diffusore spostato in avanti di più di 1m, mentre il microfono posteriore rileva 109,8dB, circa 15dB in meno della configurazione in linea, non sono pochi…

Per quanto riguarda la configurazione gradiente invece, abbiamo la stessa disposizione della precedente, ma questa volta il subwoofer che viene ritardato è quello più vicino al palco, al quale inoltre deve essere invertita anche la fase; questo setup è quello che dovrebbe garantire la maggiore cancellazione posteriore unita, in teoria, ad una leggera perdita di efficienza sulla parte frontale. Vediamo quindi le nostre 4 frequenze di riferimento e l’analisi broadband

Gradiente 40Hz

Gradiente 50Hz

Gradiente 63Hz

Gradiente 80Hz

Gradiente BroadBand

Le immagini evidenziano un comportamento direzionale a tutte le frequenze e soprattutto nell’analisi broadband si evidenzia come questa soluzione sia quella preferita nel caso in cui la “pulizia” della zona palco sia un’esigenza molto sentita.

Prendendo come riferimento la banda dei 63Hz abbiamo che il nostro microfono a 12m rileva 114,9dB mentre quello arretrato di 2,5m segna 108,6dB, quindi un ulteriore guadagno rispetto all’ End Fire a questa frequenza.

Infine abbiamo il comportamento della configurazione Cardioide Stacked, in questo caso composta da 2 box, con quello superiore girato verso il palco, che sil piano verticale dovrebbe fornire un lobo di emissione anteriore come se fosse direzionato verso il basso, e con l’emissione posteriore ovviamente speculare e che dovrebbe fornire un’ulteriore beneficio sul palco; ecco i 5 grafici

CardioideStacked 40Hz

CardioideStacked 50Hz

CardioideStacked 63Hz

CardioideStacked 80Hz

CardioideStacked Broadband

Con i consueti microfoni abbiamo 112,3db sul palco e 113,7db nel pubblico.

Riassumendo in una tabellina le varie configurazioni abbiamo

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Da questo si vede che le 2 configurazioni End Fire e Gradiente sono quelle in grado di mantenere la maggiore efficienza di radiazione verso il publico, ma con la configurazione Gradiente che risulta essere quella più efficiente nel limitare la radiazione verso il palco, e quindi il potenziale “fastidio” ai componenti di un’eventuale band; per contro la configurazione Cardioide Stacked, a fronte di una minore efficienza globale, si comporta leggermente meglio dell’End Fire e potrebbe essere la soluzione nel caso in cui si abbia poco spazio a disposizione davanti al palco.

Ovviamente questo è il risultato di una simulazione, i risultati andrebbero sempre verificati sul campo; da questo punto di vista l’ End Fire e il Gradiente sono le più versatili perché si riesce semplicemente a passare da una all’altra cambiando i parametri del crossover elettronico, del DSP OnBoard oppure del software di gestione remota, molti dei quali (tipo RDNet di RCF) permettono il cambio grazie ad un click.

In questo articolo vediamo come usare il software di misura Smaart con il mixer Behringer XR18, senza ricorrere ad ulteriori schede audio; la stesso principio può essere applicato anche alla versione X18 e X32, cosi come ad esempio ai modelli Midas MR18 e M32, con i quali fondamentalmente condivide il principio di funzionamento (Midas e Behringer e molti altri fanno parte della holding Music Tribe, fondata da Uli Behringer) .

Grazie all’ingresso USB il Behringer XR18 può essere usato sia come un registratore a 16 tracce oppure come una scheda audio 8+8, 8 ingressi e 8 uscite; ed è proprio questa caratteristica che può essere sfruttata per configurare Smaart e misurare la “transfer function” di un diffusore (risposta + fase), oppure per allineare SUB e satelliti, SUB nelle varie configurazioni (End- Fire, Gradiente, Cardioide) e attività simili.

Smaart, attualmente alla versione V8, è un software di analisi FFT multicanale universalmente impiegato in campo audio professionale da diversi anni, dal costo di circa 1000$, che successivamente è stato affiancato da Smart DI in versione a soli 2 canali; nel caso in cui non sia necessario misurare la risposta in più punti, ad esempio fronte e retro di un subwoofer cardiode, offre le stesse funzionalità ad un costo decisamente inferione, 600$, differenza non da poco nel caso di impiego a livello hobbystico/dilettantistico. Sono comunque disponibili le versioni demo dei due software, ed in questo periodo di emergenza sanitaria la valutazione è stato estesa a 90 giorni rispetto ai canonici 30.

Mi fa estremamente piacere inoltre riportare che RCF nella sua recente versione 4.0 del software RDNet, per la gestione dei diffusori che lo supportano, ha introdotto la stessa funzionalità e per di più in modo del tutto gratuito, è sufficiente registrarsi sul sito per procedere al download e all’installazione del software; in un prossimo articolo vedremo anche come usare RDNet per ottenere gli stessi risultati.

Fatta questa introduzione veniamo alla parte pratica dell’articolo iniziando ad installare tutto quello che ci serve:

Una volta completata l’installazione passiamo alla configurazione iniziando da Smaart, che tra l’altro essendo in versione demo non permette di salvare i settaggi e ad ogni apertura del programma si riparte da 0

All’apertura ci viene chiesto di configurare Input e Output: questo il dettaglio dell’ Input con selezionati i canali 1 e 2

Per comodità sull’ Ouput ho messo i canali 15 e 16, ma può essere usato qualsiasi altro canale; oltre all’ingresso AUX dell’ XR18 ho al massimo 10/12 canali usati, così in caso di necessità mi posso tenere salvata la configurazione.

Fatto questo bisogna passare sulla pagina “Measurement Config” e creare una nuova configurazione cliccando sul pulsante “New TF Measurement”

Diamo un nome e poi OK e di nuovo OK per chiudere il configuratore

Sulla schermata principale poi bisogna cliccare sul pulsante “Transfer” per arrivare alla schermata che ci serve per le misure

L’ultima configurazione necessaria su Smaart a questo punto è quella del generatore; cliccando su “Signal Generator” si apre la relativa finestra e qui io ho impostato il livello di segnale a -15dB e abilitato anche l’uscita “Aux” tramite il canale 16, cosi da ritrovarmi lo stesso segnale sulle uscite L e R del mixer.

Passando al Behringer XR18 e al suo software partiamo dal canale 14 al quale ho deciso di collegare il microfono Behringer ECM8000, configurato con un guadagno di +30dB ed il Phantom Power +48V acceso; nell’immagine si vede anche il livello del canale 15 impostato a 0dB (Main out di Smaart) e il master a -8dB, ma quest’ultimo è arbitrario e dipende dal volume globale

Il canale 15, che ricordiamo essere il “Master” di Smaart, deve essere configurato per ricevere il segnale dall’ingresso USB e non da quello analogico, in questo modo

Adesso dobbiamo fare in modo di rimandare a Smaart i 2 segnali, quello del CH14 del microfono che rappresenta la “misura” e quello che arriva dal master sul CH15, che oltre ad andare ad alimentare le casse deve tornare come “riferimento”; per questo ci fanno comodo le uscite BUS dell’ XR18 che però in questo caso devono essere dirottate ai canali USB Send del mixer, come evidenziato nelle prossime 3 immagini.

Configurazione degli USB Send per mandare il BUS1 e il BUS2 agli ingressi 1 e 2 configurati in Smaart

Dalla finestra principale di X-Air Edit cliccando in alto a destra su In/Out e poi su USB Send dobbiamo configurare BUS1 e BUS2 per andare su USB 1 e USB 2.

A questo punto è chiudiamo la finestra In/Out ed è tutto pronto per potere catturare le nostre misure, l’unica cosa che conviene fare prima di procedere è tarare il segnale di riferimento in Smaart, per evitare che sia troppo basso o troppo alto. Per fare questo bisogna accendere il generatore di segnale e verificare che il segnale di riferimento abbiamo un valore opportuno, come nell’immagine seguente, dove siamo appena al limite della zona gialla per il riferimento (R); in caso di necessità si può agire o sul livello del generatore oppure sui livelli del mixer. Successivamente si dovrà regolare il livello del segnale in arrivo dal microfono (M) per essere molto simile al riferimento e avere un grafico a cavallo dello 0dB

Di seguito un immagine di alcune misure fatte in ambiente su 3 diversi diffusori: RCF ART-715 MK4 (Giallo), Yamaha DSR 115 (Rosso) e la mia cassa con 18Sound 15ND930 + RCF ND840 su tromba HF94 e Powersoft Litemod (Verde).

e come sempre alcune misure

Sebbene non sia mai stato un amante degli amplificatori in Classe D un po’ di tempo fa ho iniziato ad interessarmi dei moduli PowerSoft delle serie Digimod. l’idea era di utilizzare inizialmente un modulo Digimod 500 per un Subwoofer Home Theatre basato sull’altoparlante CIARE HS251, un 10” dall’ottimo rapporto qualità prezzo, e poi un modulo Digimod 1000 per un diffusore amplificato da impiegare anche come monitor, basato sul woofer 18Sound 12W500 in versione 4Ohm e Tromba 18Sound XR1064 pilotata da un driver RCF CD350. La scelta in questo caso è caduta su 18Sound per il fatto che il 12W500, nonostante l’elevata efficienza, non ha confronti in termini di estensione della risposta a parità di volume con altri modelli e/o marche, e perché la tromba è facilmente ruotabile di 90° per l’impiego come monitor e presenta una dispersione abbastanza ridotta su entrambe i piani per essere un componente “tradizionale”; ho scelto poi il  CD350 sinceramente per sperimentare cosa può essere in grado di fare un driver con bobina da 1,75” dal prezzo molto concorrenziale (69€ da www.rossinimusica.it).

Tornando ai moduli Digimod ho acquistato inizialmente il 500 da www.ggsound.it e successivamente i Digimod 1000 completi di Intergration Kit ed i cavi e gli accessori necessari alla programmazione tramite Armonia da laboratoriomusica.com di Vanis Dondi, dove ho trovato i prezzi migliori credo anche per gli altoparlanti 18Sound; Vanis inoltre è sempre stato molto gentile e disponibile sulle mie richieste di delucidazioni. Successivamente ho trovato altri 2 Digimod 1000 e due Digimod 1000NPS su Mercatino Musicale ad un prezzo molto vantaggioso.

I moduli permettono configurazioni molto flessibili in quanto praticamente tutti hanno a disposizione un connettore per collegare un modulo 1000NPS ed espandere cosi le possibilità di configurazione; il modulo DSP fornito con l’Integration Kit ha a disposizione una terza via sulle uscite 3 e 4 che permette di realizzare anche sistemi a 3 vie di notevole potenza, ad esempio con un 500 + 1000NPS oppure 1000+1000NPS con quest’ultimo ad esempio in bridge su 8Ohm.

Per quanto riguarda il loro impiego in campo professionale per quello che ne so, cercando un po’ qua e la nella rate, sono usati in diversi diffusori RCF oltre all’impiego in modo diffuso dei moduli IcePower della B&O; il DIGIMOD 1000 ad esempio è utilizzato nel TTL12-AS, mentre il TTS56-A usa 2 DIGIMOD 3000PFC.

Trattandosi naturalmente di moduli in classe D la potenza massima viene dichiarata nelle condizioni tipiche per questo tipo di configurazione, quindi con le specifiche EIAJ e all’ 1% di distorsione, come avviene anche per i finali di note marche; ma Powersoft in un documento reperibile online per questa linea “tradizionale” di moduli ha il pregio di elencare anche le potenze RMS erogabili dai moduli ed è a queste che farò riferimento nei miei test.

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Notiamo quindi che per il più piccolo Digimod 500 si dichiara una potenza di 260W RMS con carico da 8Ohm e 450W RMS per 4Ohm, unitamente alla specifiche EIAJ un po’ più permissive; inoltre vengono riportati anche i limiti quando usato insieme ad un Digimod 1000NPS, al quale fornisce l’alimentazione.

Di seguito un paio di immagini del Digimod 500 montato sul dissipatore fornito insieme all’ Integration Kit, pronto per essere testato al banco.

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Con il solito test 3s On e 15s Off a 100Hz il modulo in questione mostra ancora un’ onda pulita con 45.1V RMS con carico di 8Ohm, corrispondenti a 254W.

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I primi segnali di clipping arrivano a 46.4V corrispondenti a 270W

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L’onda è ancora molto “composta”, senza quel tipico taglio netto del clipping della maggior parte dei  finali tradizionali, e soprattutto molto simmetrico.

Passando a 4Ohm si nota che l’onda è ancora pulita a 41.1V RMS (l’immagine è un po’ mossa) corrispondenti a 422W RMS

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Mentre i primi segni del clipping si notano a circa 42.7V RMS, corrispondenti a 455W RMS, tra l’altro di nuovo con un principio di clipping molto simmetrico e abbastanza morbido; non sono in grado di misurarla ma con questa forma d’onda la distorsione è ancora molto bassa.

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Direi quindi un buon comportamento, considerando che si tratta di misure reali e non da laboratorio, quindi innanzitutto con tensione non stabilizzata e con cavo di alimentazione dell’ampli lungo circa 1,5m preso da un distributore di tensione che va alla presa a muro con un cavo da 3m , tutto con sezione di 2,5mm2.

A breve cercherò di pubblicare anche i test del modulo DIGIMOD 1000, unitamente a quelli con il 1000NPS ed in varie combinazioni; ad esempio, per simulare una tipico diffusore commerciale, una via che pilota un carico di 4Ohm (woofer) e l’altra che ne pilota uno da 8 o 16Ohm (Driver), con ad esempio una differenza di livello di 3/6dB tra le due vie che normalmente viene usata per compensare le differenze di efficienza unitamente all’equalizzazione.

Aggiornamento del 07/04/2017

In questi giorno sono riuscito a mettere un po’ al banco il DIGIMOD 1000, anche se al momento solo da solo e non accoppiato al modulo 1000NPS. Con il solito test ma con un periodo di ON un po’ più lungo del precedente, 4/5s contro 3s della precedente prova, ma sempre a 100Hz

Con un carico stereo da 8Ohm a 44V RMS (231W) per canale abbiamo ancora l’onda pulita nonostante il led del clipping sul modulo si sia già acceso: l’onda infine inizia a “piegarsi” poco oltre i 44V RMS (240W)

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Impostando invece uno dei canali con un livello di 3dB più basso  abbiamo l’onda ancora pulita a 44.3V RMS corrispondenti  a 245W, con l’altro canale che eroga poco più di 120W. Quindi ipotizzando di pilotare la classica configurazione MidWoofer+Driver tutto 8Ohm possiamo realizzare un diffusore/monitor da 300W RMS “reali” ed anche qualcosa di più, considerando che tra equalizzazione ed attenuazione di un driver da 1,75” la seconda via tipicamente erogherà da 1/2 ad 1/4 della potenza disponibile. Nonostante questo comunque consiglio di impostare il limiter della vie dedicata ai medioalti a circa 50W RMS che è anche la tipica potenza supportata da questo tipo di driver; per modelli invece con bobina da 2.5” / 3” tipicamente si viaggia tra i 90W e i 110W RMS.

Passando ai 2 canali a 4Ohm abbiamo l’onda pulita a 39,3V RMS corrispondenti a circa 386W RMS ed i primi segni di clipping a 40.3V RMS corrispondenti a circa 406W RMS; con questo test dopo circa 4s il limiter interno riduce la potenza RSM a circa 250W.

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Impostando invece uno dei due canali con un guadagno a –3dB o –6dB rispetto all’altro i 40.3V RMS diventano puliti ed il clipping iniza ad apparire a circa 41V RMS (420W). Quindi nel caso in cui l’ipotetico due vie di cui sopra si ritrova con un MidWoofer da 4Ohm riusciamo a realizzare un sistema da 450W RMS reali con un driver da 1,75” e 500W nel caso di impiego di un componente con bobina da 2,5”/3”. Non ho provato la potenza in bridge su 8Ohm ma dal momento che abbiamo il dato in stereo su 4Ohm il conto è presto fatto.

Anche per il DIGIMOD 1000 quindi le specifiche sono confermate; a breve la prova de vari moduli combinati tra di loro.

Aggiornamento del 27/01/2018

In questi giorni sono riuscito a testare il DIGIMOD 1000 collegato al DIGIMOD 1000NPS, in configurazione bridge, quindi 2 canali da 8Ohm; in questa modalità i primi segni del clipping arrivano a 34.9V RMS per ramo, quindi 69.8V RMS totali, corrispondendti a crica 610W/8Ohm per canale, praticamente di nuovo in linea con le specifiche per quella configurazione (4 x 310W/4Ohm)

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Ipotizzando quindi l’utilizzo di un DIGIMOD 500 collegato ad un 1000NPS i 3x 350W/4Ohm sono a tutti gli effetti un valore realistico, oppre 1 x 700/8Ohm (e anche più) + 1 x 230/8Ohm