Altoparlante

Altoparlante magnetodinamico di 20 centimetri di diametro

Altoparlante magnetodinamico ellittico (vista anteriore)

L'altoparlante è un attuatore che converte un segnale elettrico in onde sonore. Si può quindi definire un trasduttore elettroacustico. Il suono in sostanza è generato da una serie di compressioni e rarefazioni dell'aria, compito dell'altoparlante è generare tali compressioni e rarefazioni nell'ambiente d'ascolto. Gli altoparlanti attuali stanno andando verso un rapporto dimensioni-potenza sempre più ridotto al fine appunto di minimizzare gli ingombri, così che se una volta un altoparlante da 8 pollici (20,32 centimetri) era ad esempio sinonimo di bassa potenza (8/10 watt), oggi a parità di diametro si possono avere woofer molto potenti che si attestano anche sui 100/150 watt nominali.

Tipologie

Ne esistono vari tipi che impiegano differenti tecnologie. I più diffusi sono:

• Magnetodinamici: un magnete permanente genera un campo magnetico nel quale è immersa una bobina mobile, direttamente collegata alla membrana dell'altoparlante; ad essa viene applicato un segnale elettrico, opportunamente amplificato, il quale, grazie alla Forza di Lorentz la fa muovere permettendo alla membrana, la cui forma più diffusa è conformata a cono, di comprimere l'aria circostante e quindi di produrre un'onda sonora.
• Elettrodinamici: il campo magnetico è generato da un solenoide percorso da corrente. Gli altoparlanti elettrodinamici erano largamente impiegati nelle radio fino agli anni '40.
• Elettrostatici: usano un campo elettrico invece di un campo magnetico (concettualmente si può pensare ad un condensatore in cui un'armatura non è fissa ma con una possibilità di movimento: quando sulle armature è presente una carica con la stessa polarità queste si respingono e quindi si allontanano, nel caso contrario si attirano e si avvicinano).
• Piezoelettrici: sfruttano la piezoelettricità per convertire il segnale elettrico in onde acustiche.
• Plasma: la compressione e rarefazione dell'aria che genera l'onda sonora è ottenuta da un plasma di gas (gas fortemente ionizzato). Il gas viene mantenuto allo stato di plasma da una scarica elettrica continua. Modulando l'intensità della scarica con il segnale elettrico che vogliamo convertire in suono si crea l'onda sonora. Questo tipo di trasduttore ha una massa prossima allo zero, quindi è molto veloce e reattivo.

Parti e funzionamento

Altoparlante magnetodinamico

Struttura di un altoparlante magnetodinamico visto dal lato anteriore in parte sezionato

L'altoparlante magnetodinamico è tra i più diffusi.

Nell'immagine si vedono i componenti principali di un altoparlante magnetodinamico (in inglese):

• Frame o basket: cestello, struttura di sostegno
• Magnet: magnete permanente (genera il campo magnetico che è "guidato" dal pole piece e dal Top Plate verso il traferro in modo da interagire con la piccola bobina mobile (Voice coil)
• Surround: sospensione elastica che permette al cono (Diaphragm) di muoversi (in senso verticale nella figura)
• Diaphragm o cone: cono
• Voice coil former: supporto della bobina mobile collegato al Diaphragm
• Dust cap: protezione anti polvere, parapolvere, cupola
• Spider: sospensione elastica che mantiene centrata la bobina mobile Voice coil nel traferro
• Top Plate: guida superiore per il campo magnetico verso il traferro
• Pole piece: guida inferiore e centrale per il campo magnetico verso il traferro
• Voice coil: bobina mobile (in rosso nell'immagine)

Non sono rappresentati in figura i dettagli tra cui le connessioni per applicare il segnale elettrico alla bobina mobile.

Il traferro è lo spazio in cui si trova la bobina mobile sul suo supporto. È l'unico punto in cui il campo magnetico deve attraversare uno spazio in aria (a parte eventuali piccoli interstizi tra il magnete e le parti Top plate, Pole piece, che vanno evitati in quanto riducono il campo magnetico applicato al traferro).

Si chiama equipaggio mobile tutta la parte che si muove in presenza di suoni: cono, parapolvere, bobina mobile e suo supporto, parte di: spider, surround e cavi di connessione alla bobina mobile.

L'altoparlante elettrodinamico differisce da quello magnetodinamico per la presenza al posto del magnete permanente di un solenoide in cui il campo magnetico è generato da una corrente elettrica; soluzione ormai abbandonata.

La membrana vibrante (Diaphragm) è in genere a forma di cono, talvolta di cupola e in rari casi piana. I materiali impiegati nella sua realizzazione sono i più vari, la carta è il materiale in uso da più tempo, affiancata oggi da composti sintetici e leghe metalliche.

La membrana è collegata ad una bobina che, immersa nel campo magnetico e percorsa dalla corrente costituita dal segnale da riprodurre, ne genera lo spostamento, quindi la trasduzione da segnale elettrico a movimento d'aria creato dal cono, cupola o pannello radiante.
La forma a cono si presta bene per la riproduzione delle frequenze basse, mentre per le frequenze alte è più adatta la forma a cupola.
Esistono tecnologie che adottano metodi diversi dalle membrane per la trasduzione, poco diffuse dato il loro costo, e destinate soprattutto agli impianti Hi-end.

Campo di frequenze

Non essendo fisicamente possibile (al giorno d'oggi), costruire un trasduttore che riesca a riprodurre con la stessa intensità l'intera gamma di frequenze udibili all'orecchio umano, si sono sviluppati trasduttori, ottimizzati ciascuno per un segmento della banda udibile.
Si suddividono generalmente in:

• Subwoofer (frequenze bassissime, solitamente al di sotto dei 50 Hz)
• Woofer (frequenze basse - da 50 Hz a 500 Hz)
• Midrange (frequenze medie - fino a 0,5-8 KHz)
• Tweeter (frequenze alte - fino a 8-18 KHz)
• Supertweeter (frequenze altissime - oltre 18 KHz)

Esistono modelli di altoparlanti definiti full-range ("a gamma intera"), quando con un unico altoparlante si cerca di coprire la maggiore estensione possibile di frequenze, solitamente con alcuni artifici come il doppio cono solidale alla bobina mobile, centrando la gamma riprodotta sulle frequenze acusticamente più importanti. Esistono altoparlanti coassiali costituiti da un woofer e un tweeter nell'unico cestello, usati principalmente in campo automobilistico dove occorre avere installazioni più semplificate.

Combinazioni e soluzioni

Collegando opportunamente altoparlanti destinati alla riproduzione di differenti frequenze, si ottiene un sistema acustico (diffusore) in grado di riprodurre, in modo quanto più possibile lineare e preciso, tutto lo spettro di frequenze udibili.

Struttura di un impianto in cui si usano due altoparlanti (uno per le basse frequenze ed uno per le altre frequenze). Le frequenze alte e basse sono separate da un filtro passa basso e passa alto di tipo passivo (costituito da resistenze abbinate a induttori o condensatori)

Soluzione più complessa ma di migliore qualità sonora per l'uso di due altoparlanti. Il segnale elettrico viene separato da un filtro attivo (molto più preciso del crossover passivo) nelle sue componenti (alte frequenze e basse frequenze) che sono poi amplificate da amplificatori progettati per basse ed alte frequenze ed inviati ai relativi altoparlanti

Alcuni costruttori hanno posto particolare attenzione nell'allineare o avvicinare il più possibile i centri di emissione dei diversi altoparlanti che compongono un diffusore. Lo scopo è quello di ridurre le rotazioni di fase nel punto di incrocio acustico delle onde sonore emesse dai diversi altoparlanti. Per centro di emissione si intende il punto teorico dal quale ha origine l'onda sonora, coincidente approssimativamente con il centro della bobina mobile dell'altoparlante.

Altri costruttori hanno elaborato diffusori (elettrostatici) con membrane piatte immerse in un campo elettrico generato da una elevata differenza di potenziale tra due armature con l'obiettivo di far emettere tutte le frequenze con la stessa fase.

Altri ancora hanno pensato di far coincidere i centri di emissione sia come allineamento che come punto di emissione, questi ultimi vengono chiamati altoparlanti coassiali e consistono nell'introdurre un altoparlante dentro l'altro sfruttando la cavità della bobina mobile costruiti riunendo coassialmente sullo stesso cestello, woofer e tweeter.

L'obiettivo di tutte queste "soluzioni" è stato quello di perseguire una riproduzione tanto più simile all'evento originale.

È possibile, in fase di progetto, prevedere con buona precisione il reale comportamento di un altoparlante grazie ai Parametri di Thiele & Small.

Collegamenti esterni

• Altoparlanti: tipologie e funzionamento, su audiovalvole.it.

Voci correlate

• Diffusore acustico
• Tecniche di progetto e costruzione di diffusori acustici
• Alta fedeltà
• Rete zobel
• Active noise control

Altri progetti

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