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Altoparlante
Tutte le tipologie di altoparlanti con una breve trattazione dei principi fisici coinvolti nel funzionamento.
L'intento è quello di dare una infarinatura generale sul funzionamento dei trasduttori elettro-acustici per spunti di ricerca futuri.
1 - Altoparlante: prefazione
Questa sezione è un po' fuori tema visto l'argomento trattato, tuttavia abbiamo ritenuto opportuno fare una trattazione di questi dispositivi in quanto la loro tipologia e le loro caratteristiche influenzano la progettazione delle casse acustiche e di conseguenza degli amplificatori finali, in modo determinante.
Quindi con l'intento di rendere una visione d'insieme il più completa possibile li trattiamo in questo capitolo.
La trattazione che faremo sarà abbastanza approfondita, reputiamo fondamentale comprendere correttamente il funzionamento di questi dispositivi, nell'ottica della progettazione degli amplificatori che li devono pilotare.
Questo capitolo è fondamentale per comprendere il funzionamento delle casse acustiche (che tratteremo in un altro capitolo) che comportano un ulteriore grado di complessità per la presenza di più altoparlanti (normalmente due, tre o più) e di un filtro separatore di toni (filtro crossover).
Per le tipologie di altoparlante meno diffuse accenneremo il meccanismo di funzionamento, difficilmente vi capiterà di doverli impiegare e tanto meno progettare un amplificatore che li pilota, tuttavia è d'obbligo almeno sapere che esistono e comprenderne a sommi capi i principi di funzionamento.
Quando affrontate il tema diffusori tenete ben presente che si tratta di un sistema non reazionato, quindi la linearità del sistema non può essere corretta così come non possono essere corrette le distorsioni.
La linearità è una caratteristica intrinseca del sistema che dipende solo dalla buona progettazione e realizzazione degli altoparlanti e delle casse acustiche, non dimenticando dove è presente, anche il filtro crossover a complicare il tutto.
 | Esempio di altoparlante: altoparlante inserito sulla scheda madre di un pc. |
2 - Altoparlante: di cosa si tratta
L'altoparlante è l'ultimo anello della catena di amplificazione, il trasduttore che converte il segnale elettrico amplificato in onde sonore.
Sono realizzati da un motore lineare che muove una membrana che a sua volta muove l'aria producendo onde sonore proporzionali alla potenza elettrica impiegata.
Le caratteristiche dell'altoparlante, come la massa della membrana, la sensibilità , il rendimento e l'impedenza influenzano la progettazione degli amplificatori finali.
Normalmente l' altoparlante è una macchina elettrica reversibile ovvero trasforma una grandezza elettrica in suono ma anche viceversa.
Quindi gli altoparlanti possono essere usati come microfoni, anche se ovviamente non sono costruiti con questo intento e in questo tipo di utilizzo normalmente non sono il massimo.
3 - Limiti intrinseci dell'altoparlante
L'altoparlante è una macchina elettrica sulla quale è impossibile (almeno per ora) introdurre un sistema di feedback, ovvero non vi è la possibilità di introdurre una reazione tale da compensare problemi di distorsione o linearità .
Quindi è un sistema in anello aperto non controreazionato e deve essere quindi intrinsecamente lineare e realizzato a regola d'arte.
4 - Altoparlante: cenni storici
La nascita dell'altoparlante è stata una diretta conseguenza della nascita del telefono.
Uno dei primi dispositivi assimilabili ad un altoparlante fu infatti inserito da Johann Philipp Reis (prima ancora di Alexander Graham Bell ) nel suo telefono nel 1861.
L'altoparlante con la bobina mobile immersa in un campo magnetico si deve a Oliver Joseph Lodge ed è datato 1898.
La prima applicazione pratica dell'altoparlante a bobina mobile risale al 1915 si deve a Peter L.
Jensen e Edwin Pridham.
I primi altoparlanti di questo tipo erano elettrodinamici, ovvero il campo magnetico fisso era prodotto da una bobina percorsa da corrente (detta bobina di campo) in quanto all'epoca non erano disponibili grossi magneti ad un prezzo basso.
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Sopra due foto dello stesso altoparlante telefonico, ricavato da un telefono di tipo attuale.
Si può notare la membrana in plastica (trasparente) per resistere all'umidità (il telefono era un cordless).
Grazie alla trasparenza della membrana si può intravedere l'avvolgimento della bobina mobile.
L'impedenza di questo altoparlante (vedi scritta sul retro, nella foto a sinistra) è insolitamente alta per un altoparlante (32 Ω) mentre la potenza è abbastanza ridotta (0,25Watt).
Del resto lavorando molto vicino all'orecchio non serve molta potenza.
5 - Altoparlante: varie tipologie in funzione della frequenza riprodotta
In linea di massima un altoparlante non è in grado di riprodurre l’intero spettro delle frequenze udibili, a parte la tipologia detta "full range" che si propone esplicitamente questo scopo.
Ciò perché per riprodurre le frequenze alte è necessario muovere poca aria ma con elevati valori di accelerazione e quindi occorre un diffusore piccolo e leggero dotato di una membrana leggera, con una massa ridotta al minimo.
Viceversa per riprodurre le frequenze basse è necessario muovere volumi d’aria sempre maggiori man mano che diminuisce la frequenza e quindi occorre un diffusore grande e capace di una ampia escursione e di un notevole diametro.
Per riprodurre correttamente l’intero spettro udibile è conveniente devolvere il compito della riproduzione delle principali bande di frequenza (bassa, media e alta) a singoli altoparlanti dedicati realizzati con specifiche diverse (sub-woofer, woofer, medi, tweeter e super-tweeter).
Un'eccezione a quanto detto finora sono gli altoparlanti a larga banda che sono progettati per riprodurre tutta la gamma delle frequenze acustiche.
| A destra la foto di un Woofer con sospensione della membrana in foam. |  |
In linea di massima in funzione della frequenza riprodotta abbiamo dunque i seguenti tipi con le relative frequenze riprodotte (le frequenze sono puramente indicative):
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MidWoofer (80-4500Hz)
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SuperTweeter (oltre i 18KHz)
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Full Range (altoparlanti a larga banda che coprono completamente il range delle frequenze udibili).
In genere per aumentare l'estensione verso le alte frequenze della banda si utilizzano degli artifizi, come la membrana a rigidità differenziata o il doppio cono solidale con la bobina mobile.
Sotto a sinistra la prima foto è di un tweeter a cupola in titanio della JBL.
Il titanio è usato per la membrana a cupola in quanto straordinariamente leggero e rigido allo stesso tempo.
La seconda foto sotto a destra ritrae un grande woofer da 15" e 200Watt di potenza RMS (400Watt di picco)
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6 - Altoparlante: varie tipologie in funzione del tipo di motore lineare impiegato
Gli altoparlanti in funzione del principio fisico usato per produrre la forza che muove l'aria si possono dividere nelle seguenti categorie, messe in ordine di diffusione sul mercato:
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Altoparlanti magnetodinamici
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Altoparlanti elettrodinamici
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Altoparlanti elettrostatici
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Altoparlanti piezoelettrici
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Altoparlanti a nastro
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Air motion transformer (Oskar Heil)
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Altoparlanti a plasma di gas
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In realtà il mercato è dominato dal primo tipo menzionato ovvero gli altoparlanti magnetodinamici (di cui si può vedere un esempio nell'immagine sopra sulla destra che ritrae la parte posteriore e sopra sulla sinistra la parte anteriore di un altoparlante di piccole dimensioni e di basso costo) nei quali il motore lineare è costituito da un magnete permanente di grande potenza, quasi sempre in ferrite, e da una bobina mobile percorsa dalla corrente del segnale che vogliamo trasdurre immersa nel campo magnetico del magnete permanente.
La sospensione della membrana è realizzata piegando la stessa carta impregnata della membrana.
7 - Altoparlanti magnetodinamici coassiali
L'idea alla base dell'altoparlante coassiale è quella di far coincidere i centri di emissione sia come allineamento che come punto di emissione.
Consistono nell'introdurre un altoparlante dentro l'altro sfruttando la cavità della bobina mobile sono realizzati riunendo coassialmente sullo stesso cestello, woofer e tweeter.
Sono dei piccoli capolavori di ingegneria.
Non bisogna confonderli con gli altoparlanti coassiali per auto che sono invece realizzati per ridurre gli ingombri e facilitare l'installazione.
In questo caso sono due altoparlanti distinti uniti per mezzo di staffe in un solo corpo.
8 - Impedenza degli altoparlanti magnetodinamici
In questo caso si parla di impedenza perché un altoparlante magnetodinamico è un carico reattivo, costituito dalla pura resistenza della bobina mobile e della induttanza dovuta alla stessa bobina mobile.
Quindi l'impedenza varia con la frequenza con proporzione diretta e in genere il valore riportato è relativo ad una frequenza di 1Khz.
Il caso più comune per diffusione è l'altoparlante per uso automobilistico, caratterizzato da una impedenza di 4Ω, una impedenza così bassa è stata scelta per migliorare la resa in potenza con l'alimentazione tipica delle autoradio e degli amplificatori da auto di 12Volt.
Gli altoparlanti per uso diverso, come per esempio negli impianti hi-fi hanno in genere una impedenza di 8Ω.
In casi molto rari si possono trovare altoparlanti con impedenza di 16, 32 o 64 Ω (normalmente per impieghi particolari).
Poi ci sono dei casi unici come i PHILIPS AD9710/AM da 800 Ω, full range realizzati negli anni '60 e nati per essere pilotati da amplificatori valvolari OTL.
9 - Altoparlante magnetodinamico
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Sopra un esempio di altoparlante magnetodinamico ellittico di piccole dimensioni e di basso costo, comunemente impiegato in radio o apparati senza troppe pretese.
La sospensione della membrana è realizzata in tela impregnata come del resto anche la membrana stessa (sono ricavare da un pezzo unico per stampaggio).
NOTA: i terminali dietro l'altoparlante sono contrassegnati da due simboli (+ e -) oppure da un puntino che può essere di vari colori (in genere rosso) che contrassegna il polo positivo.
Questo serve, in caso si usino più altoparlanti per metterli in fase, in modo che si muovano tutti in modo sincrono quando alimentati (in pratica applicando il polo positivo di una batteria al + dell'altoparlante la membrana deve muoversi in fuori ovvero produrre una pressione, viceversa invertendo la polarità deve produrre una depressione).
Di solito la resistenza della bobina mobile di un altoparlante di questo tipo è di 4Ω per i modelli destinati ad essere montati su apparati mobili e auto e 8Ω per tutti i modelli destinati alle casse acustiche da casa.
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10 - Struttura di un altoparlante magnetodinamico
Con riferimento alle immagini sopra:
1) Cestello: Si tratta della struttura portante di tutto l'altoparlante, su di esso sono fissati sia il magnete che la parte mobile.
Sulla circonferenza esterna sono di solito presenti dei fori di fissaggio che servono per fissarlo con delle viti alla struttura della cassa acustica.
Normalmente è realizzato per stampaggio con lamiera d'acciaio o in alluminio pressofuso.
Deve essere il più rigido e indeformabile possibile ed esente da risonanze.
2) Sospensione della membrana: la sua funzione è quella di ancorare la membrana al cestello permettendone il movimento e mantenendola perfettamente centrata.
Costituisce una sorta di molla che riporta la membrana nella zona di riposo in assenza di segnale applicato alla bobina.
In queste funzioni lavora in sinergia con il centratore.
E' realizzata in diversi materiali come foam, gomma, tessuto o carta gommata.
Non deve permettere il passaggio di aria.
Ha una durata che di solito è compresa fra i 10 e i 20 anni, poi va sostituita.
Quando è nuova è più rigida e l'altoparlante per funzionare al meglio deve essere sottoposto a rodaggio.
3) Centratore: il centratore collabora con la sospensione della membrana per mantenere la bobina mobile perfettamente centrata sul traferro, in modo da non avere interferenze meccaniche che porterebbero al danneggiamento della bobina mobile per sfregamento sul polo centrale.
L'effetto molla del centratore e della sospensione della membrana determina un parametro dell'altoparlante detto "cedevolezza" che insieme alla massa mobile determina la frequenza di risonanza dell'altoparlante.
4) Membrana: la membrana è praticamente il diaframma che spostandosi determina la compressione e la rarefazione dell'aria, in altre parole con il suo movimento crea le onde sonore.
La membrana deve essere leggera, rigida e smorzata (per non innescare effetti di risonanza) ed è realizzata in carta, fibra di carbonio, grafite polimerica e anche fibra di legno.
E' la parte che più ha risentito dell'evoluzione dei materiali.
La forma, il peso e le dimensioni unitamente alla rigidità determinano la risposta in frequenza dell'altoparlante e la banda passante.
Negli altoparlanti a range esteso, che cioè possono riprodurre una più ampia gamma di frequenze la membrana ha una rigidità differenziata in modo che alle frequenze più alte si muova solo la parte centrale che è più morbida, quella direttamente collegata alla bobina mobile.
5) Bobina mobile: e' costituita da un supporto su cui è avvolto un filo di materiale conduttore isolato.
La parte portante può essere realizzata in carta, fibra di vetro o altre fibre, sempre di materiale rigorosamente isolante.
L'avvolgimento normalmente è di rame smaltato di sezione molto fine, gli estremi dell'avvolgimento sono ancorati alla membrana con colla o resina e poi collegati con delle cordine flessibili in rame ai morsetti elettrici dell'altoparlante.
Il nome "bobina mobile" si deve al fatto che è in grado di muoversi e si sposta in funzione della corrente e del verso della corrente che la attraversa, producendo un campo magnetico che interagisce con quello fisso generato dal magnete.
6) Parapolvere: si tratta di una copertura a forma di calotta che evita il passaggio di polvere che potrebbe depositarsi fra la bobina mobile e il nucleo centrale danneggiandoli.
7) Magnete: è il magnete permanente che genera il campo magnetico fisso che viene poi indirizzato dalle piastre polari e dal polo centrale che costituiscono un circuito magnetico.
E' fabbricato in ferrite o terre rare come neodimio e affini.
8) Piastra polare: realizza una parte del circuito magnetico, si affaccia sulla bobina mobile che di fatto si trova nel traferro fra piastra polare e nucleo centrale.
E' di materiale con alta permeabilità magnetica, di solito in ferro dolce.
9) Polo centrale: convoglia il flusso magnetico proveniente dalla piastra esterna verso la piastra polare, è sormontato dalla bobina mobile.
E' realizzato in materiale con alta permeabilità magnetica, di solito in ferro dolce.
10) Piastra esterna: Serve per chiudere il circuito magnetico, è di materiale con alta permeabilità magnetica, di solito in ferro dolce.
NOTA: Nella foto sopra sulla membrana (4) si notano solitamente due fili affogati in colla o resina.
Sono i fili della bobina mobile che vanno da quest'ultima ai terminali dell'altoparlante, necessari per collegarlo all'amplificatore o, nel caso di un sistema a più vie, al filtro crossover.
Questi fili fanno solitamente capo ad una morsettiera posta sul lato posteriore, collegata ai fili visibili sulla membrana con un tipo di filo particolarmente flessibile di rame (per evitare che con l'andare del tempo sottoposto a continuo movimento si spezzi).
Ci sono alcuni altoparlanti che differiscono leggermente da quanto descritto in precedenza per la presenza di un anello di corto circuito magnetico in alluminio (Aluring) o altro materiale conduttore coassiale e solidale con la bobina mobile che serve come freno dinamico per avere un maggior controllo del movimento dell'altoparlante.
Nel caso dell'aluring si tratta di un brevetto Peerless.
Questi sistemi migliorano lo smorzamento ma peggiorano la resa dell'altoparlante (per fare un esempio è come guidare l'automobile con il freno azionato).
Nel disegno sopra: Un'altra caratteristica abbastanza comune negli altoparlanti impiegati in prossimità di dispositivi sensibili ai campi magnetici (come ad esempio i cinescopi delle televisioni vecchia maniera) è la schermatura magnetica (vedi disegno a destra), che consiste in una calotta di materiale con un'alta permeabilità magnetica posto a copertura del gruppo magnetico posteriore (magnete + piastra esterna).
La funzione è quella di convogliare le linee di flusso magnetico generate dai campi magnetici dispersi in prossimità del magnete e della piastra esterna in modo che non possano interagire con dispositivi esterni.
11 - Altoparlante magnetodinamico e massima escursione lineare
Negli altoparlanti magnetodinamici la sensibilità e la massima escursione lineare sono inversamente proporzionali.
Per rendersi conto di questo basta guardare il disegno sotto.
Nel disegno a sinistra la bobina è molto più lunga dell'espansione polare del traferro, l'escursione lineare si ha quando la bobina non fuoriesce dal traferro, in questo modo si fabbricano altoparlanti con una grossa escursione lineare, tipicamente woofer e subwoofer, tuttavia il campo magnetico che produce la parte della bobina fuori dal traferro non concorre a produrre spinta sulla membrana e quindi più la bobina è lunga più sporge dal traferro, maggiore sarà l'escursione lineare e minore sarà la sensibilità .
Quindi avremo un altoparlante meno efficiente.
Nel disegno a destra avremo l'opposto, tutta la bobina è nel traferro, l'escursione lineare massima avviene fino a che una parte della bobina non fuoriesce dal traferro, quindi sarà minore ma visto che tutto il campo magnetico che produce la bobina è nel traferro ed interagisce in modo massimale con il campo magnetico prodotto dal magnete permanente, la sensibilità sarà massima a costo di una minore escursione lineare.
Si può ovviare aumentando la lunghezza del traferro ma in questo modo la densità del flusso magnetico cala proporzionalmente e con questo la sensibilità .
In generale gli altoparlanti appositamente costruiti per chitarra elettrica ricadono in questa tipologia, hanno una grande sensibilità ma una modesta escursione lineare.
12 - Casi particolari: altoparlante magnetodinamico a doppia bobina
Si tratta di un altoparlante che ha due bobine mobili perfettamente uguali ed isolate fra loro avvolte sullo stesso supporto.
Si tratta di una speciale configurazione di solito utilizzata nei sub-woofer, in pratica le due bobine mobili fanno capo ai due canali dell'amplificatore stereo e sommano la potenza di questi due.
Questo per due motivi: 1) i bassi di solito sono in fase e presenti in egual modo sui due canali, 2) i bassi non sono direttivi, quindi possono essere riprodotti dalla stessa fonte perché non partecipano alla formazione dell'immagine sonora tridimensionale.
Una variazione sul tema consiste nell'usare due altoparlanti distinti ma accoppiati, praticamente montati uno di fronte all'altro, essendo a queste frequenze particolarmente basse ininfluente la massa della parte mobile degli altoparlanti.
13 - Note sulle particolarità costruttive degli altoparlanti magnetodinamici full range
Come innanzi accennato per estendere verso le alte frequenze la gamma riprodotta da un altoparlante occorre soddisfare a due requisiti: l'altoparlante deve spostare un grande volume di aria per avere un buon rendimento sulle basse frequenze e nel contempo avere una membrana abbastanza leggera da poter riprodurre le alte frequenze.
Questo ovviamente è impossibile senza compromessi.
Quindi si ricorre a degli espedienti elencati di seguito:
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Doppio cono: si incolla nella parte centrale dell'altoparlante un secondo cono solidale con la bobina, o meglio un piccolo diffusore rigido caratterizzato da una massa molto bassa.
In abbinamento con una membrana principale (per i bassi) poco rigida si svincola il funzionamento dei due coni aumentando il rendimento dell'altoparlante alle alte frequenze. -
Membrana a rigidità differenziata: la membrana viene realizzata con una bassa rigidità , in questo modo alle basse frequenze si muove tutta e all'aumentare della frequenza di riduce la superficie irradiante che assume l'aspetto di una corona circolare che si origina dal centro verso l'esterno e si riduce all'aumentare della frequenza.
Un esempio tipico di questo tipo di altoparlante sono quelli impiegati nei diffusori per chitarra elettrica solid body, in cui in genere vi è un solo altoparlante con un diametro che va dai 10 ai 15 e più pollici (quindi enorme) ma con la possibilità di riprodurre frequenze fino a 4-6 Khz partendo da 82Hz (che è la frequenza più bassa che può produrre una chitarra).
14 - Note sulla qualità di un altoparlante magnetodinamico
In genere il progetto e la qualità costruttiva di un altoparlante magnetodinamico ne condiziona enormemente la linearità e la risposta in frequenza.
E' difficile stabilire la qualità di un altoparlante solamente affidandosi al prezzo di vendita, in genere un altoparlante più costoso è di qualità migliore ma non è detto.
Senza una prova strumentale possiamo valutare la buona realizzazione del cestello, della sospensione, del gruppo magnetico e della membrana, soprattutto per quello che riguarda il woofer.
In genere occorre tenere presente che un bel cestello robusto è anche rigido e darà meno problemi di risonanze e oscillazioni della struttura, in special modo per altoparlanti molto grandi, una membrana rigida e leggera sarà più facilmente controllabile e avrà un'escursione più precisa e priva di flessioni che si traduce in una minor distorsione del suono prodotto.
Un gruppo magnetico corposo produrrà un flusso magnetico maggiore e il rendimento dell'altoparlante sarà più alto, tuttavia non è detto perché il rendimento dipende anche dalla dimensione del traferro in cui si muove la bobina, negli altoparlanti economici per sopperire a delle imprecisioni in fase di lavorazione del centratore e della sospensione si tende a mantenere un traferro più grande del dovuto e a montare magneti enormi per sopperire a questo.
Il risultato sarà un altoparlante con un grosso magnete ma uno scarso rendimento.
Una sospensione in gomma è migliore di una in foam che tende a lesionarsi con il tempo.
Oltre a queste considerazioni che il più delle volte lasciano il tempo che trovano, occorre prendere l'altoparlante e misurarne le prestazioni con degli strumenti adatti.
Non fidatevi MAI dei grafici e delle caratteristiche divulgate dalle case costruttrici, per quello che riguarda la mia esperienza non sono mai veritiere e possono portarvi fuori strada specie quando si tratta di progettare una cassa acustica (intesa come cabinet) o un filtro crossover.
A volte ho trovato delle differenze notevoli fra altoparlanti uguali (marca e modello) magari prodotti a distanza di qualche tempo.
Altro consiglio: quando eseguite delle prove comparative fatelo sempre a parità di rodaggio, non ha senso comparare un altoparlante che ha lavorato per migliaia di ore con uno nuovo.
Il rodaggio incide principalmente sulla cedevolezza della sospensione.
15 - Altoparlante magnetodinamico e distorsione
L'altoparlante magnetodinamico è sicuramente un apparato impreciso e soggetto a diversi tipi di distorsione che dipendono da svariati fattori che sono difficilmente migliorabili.
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Primo fra tutti la non uniformità del campo magnetico nel traferro in cui si muove la bobina che si traduce in una non linearità della forza motrice che esercita la bobina sulla membrana.
La distorsione è tanto più marcata quanto più è grande il movimento della bobina.
Una della caratteristiche di progetto di un altoparlante è proprio la massima escursione della bobina per mantenersi in regione di massima linearità (Xmax).
Nello specifico questo è dovuto al fatto che la bobina fuoriesce in parte dalla zona in cui il campo magnetico prodotto dal magnete permanente ha delle linee di flusso che si allineano perfettamente con essa e di intensità costante, quindi fuori da questa zona non vi è più linearità fra la corrente applicata alla bobina e la forza che si genera sulla stessa e che poi viene sfruttata per muovere l'equipaggio mobile.
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Un altro problema è la non linearità della risposta del centratore e della sospensione.
In altre parole quando noi spostiamo la membrana dalla sua posizione di riposo la forza che oppongono la sospensione e il centratore possono non essere lineari e questo si ripercuote sul moto dell'equipaggio mobile che non sarà lineare. -
Un'altra causa di distorsione è l'effetto doppler che si manifesta quando vengono prodotte nello stesso momento due frequenze distanti fra loro.
Facendo un esempio, l'altoparlante deve riprodurre 100 Hz e 1000 Hz nello stesso momento, la membrana si muoverà rispetto all'ascoltatore seguendo la frequenza di 100 Hz e nel contempo emetterà anche i 1000 Hz che risentiranno dell'effetto Doppler della membrana che si allontana e si avvicina all'ascoltatore.
L'effetto doppler farà in modo che i 1000 Hz prodotti quando la membrana si avvicina all'ascoltatore vendano avvertiti come una frequenza superiore e viceversa quando la membrana si allontana.
Una idea ce la possiamo fare ascoltando il fischio del treno che si avvicina e si allontana da noi.
Queste sono solo le principali cause di distorsione, in realtà ve ne sono molte altre.
16 - Altoparlante elettrodinamico
In questo tipo di altoparlanti il campo magnetico fisso è prodotto da una bobina invece che da un magnete permanente.
La bobina in oggetto aveva il doppio scopo di fornire il campo magnetico fisso e di filtrare la tensione anodica da inviare poi alle valvole.
Questo aveva come effetto secondario l'introduzione di un certo rumore dovuto alle variazioni del campo magnetico a causa del ripple della corrente da filtrare.
Dal punto di vista della struttura, basta rifarsi a quella dell'altoparlante magnetodinamico sostituendo il magnete con un solenoide.
Sono caduti in disuso quando sono diventati disponibili magneti permanenti di grande potenza e basso costo, si trovano ancora come pezzi di ricambio per radio a valvole antiche.
17 - Altoparlante Elettrostatico
Si tratta di dispositivi in cui è sfruttato il meccanismo della attrazione-repulsione elettrostatica.
Consiste in una membrana elastica conduttiva posta in mezzo a due griglie conduttive.
La membrana è a potenziale zero e le due griglie sono alternativamente, in funzione del segnale una a potenziale positivo e una a potenziale negativo rispetto alla membrana.
La membrana in questo modo viene attratta dalla griglia positiva e respinta dalla griglia negativa, e questa forza fa si che la membrana si muova e sposti l'aria che la circonda comprimendola e rarefacendola in funzione del segnale di pilotaggio.
L'onda sonora prodotta passa attraverso le griglie senza trovare un significativo ostacolo e si propaga all'ambiente circostante.
Il sistema è pilotato da un trasformatore in salita, richiede delle tensioni di funzionamento molto alte per avere una resa decente, tipicamente dell'ordine dei KVolt.
In alternativa al trasformatore si può usare un driver dedicato a valvole termoioniche, che scelte opportunamente, possono arrivare alle tensioni di esercizio di questo tipo di diffusore, evitando l'impiego del trasformatore.
Questo sistema è un dipolo, ovvero genera il suono davanti e dietro il diffusore, viste le basse escursioni della membrana e il corto circuito acustico per le frequenze basse (non essendoci una netta separazione fra la parte anteriore e quella posteriore), questo tipo di diffusore non è adatto a riprodurre i toni bassi e, di solito, viene affiancato da un diffusore magnetodinamico che sopperisce a tale lacuna.
Altri inconvenienti: possibili scariche elettrostatiche (viste le alte tensioni in gioco) fra le griglie e la membrana conduttiva, cattura della polvere e di altre impurità dell'aria (vedi fumo) per via elettrostatica che addensandosi sulle griglie e sulla membrana nel tempo generano dei cortocircuiti.
Questo sistema è tuttora usato nei diffusori hi-fi hi-end (di fascia altissima).
18 - Altoparlante piezoelettrico
Sono altoparlanti che sfruttano il fenomeno della piezoelettricità , per cui applicando una tensione sulle facce di un cristallo piezoelettrico, questo subisce una deformazione meccanica proporzionale alla tensione applicata.
La deformazione meccanica viene sfruttata per mettere in movimento una massa di aria e produrre il suono.
Sono utilizzati soprattutto per le suonerie degli orologi, non hanno grande diffusione in ambito hi-fi se non per qualche modello di tweeter.
19 - Altoparlante a Nastro
Il diffusore a nastro ha una membrana di polimero plastico rivestito di metallo (solitamente, ma può essere anche interamente di metallo piegato per renderlo più adatto a muoversi) immersa in un campo magnetico nella quale passa una corrente proporzionale al suono da riprodurre che provoca, interagendo con il campo magnetico fisso, lo spostamento di quest'ultima.
La massa molto ridotta della membrana la rende adatta a spostamenti molto veloci, quindi questo tipo di altoparlante è adatto al trattamento delle frequenze medie, alte e altissime ma non alle basse frequenze e viene principalmente usato come midrange e tweeter.
Sono trasduttori molto apprezzati in campo hi-fi, ma la loro delicatezza ne ha sempre limitato la diffusione.
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Nel disegno sopra un altoparlante a nastro visto in sezione da sopra.
Nel dettaglio i vari componenti:
1) Vite di fissaggio al legno della cassa acustica
2) Profilo in legno o materiale plastico a forma di tromba (in questo caso ma può anche essere assente e in questo caso il nastro sarebbe a filo del bordo esterno della cassa acustica)
3-7) Magnete al neodimio o altro materiale similare come caratteristiche
4) Strato di fonoassorbente per assorbire la radiazione posteriore del nastro (che è a tutti gli effetti un trasduttore bipolare)
5) Nastro polimero plastico rivestito di metallo, solitamente alluminio per limitare il peso della massa mobile
6) Legno della cassa acustica
8) Cestello esterno
Per come è costruito è facile dedurre che questo tipo di altoparlante ha una impedenza molto bassa (si tratta di un nastro conduttivo abbastanza corto con una grande superficie e una discreta sezione totale), se rapportato ad un magnetodinamico.
Questo complica un po' la progettazione delle casse anche perché di solito viene accoppiato con un woofer magnetodinamico per riprodurre i bassi.
20 - Air Motion Transformer
Si tratta di un sistema brevettato da Oskar Heil, per alcuni versi molto simile all'altoparlante a nastro e ne rappresenta di fatto una evoluzione.
In questo caso il mastro è piegato a fisarmonica ed immerso in un forte campo magnetico.
La corrente che passa nel nastro ne provoca lo spostamento e la compressione/rarefazione dell'aria presente fra le varie pieghe.
E' tendenzialmente più robusto di un analogo a nastro e ha grossomodo le stesse caratteristiche.
A destra la rappresentazione in sezione vista da sopra di un altoparlante Air Motion Transformer.
1) e 8) Magnete in neodimio o materiale similare
2) e 5) Terminale di collegamento al segnale
3) Foro nell'espansione polare per consentire la propagazione dell'onda sonora
4) Nastro metallico conduttivo ripiegato a fisarmonica (l'elemento in cui passa la corrente elettrica che deve essere convertita in suono)
6) e 7) Espansione polare
21 - Altoparlante a plasma di gas
Sono in assoluto i più avveniristici altoparlanti che abbia mai visto, la parte che comprime ed espande l'aria è costituita 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.
| Nel disegno a destra si vede lo schema di principio di un altoparlante al plasma di gas. |  |
Il plasma di gas è estremamente caldo quindi quando aumenta scalda l'aria in cui si forma e genera un aumento istantaneo della pressione e viceversa una diminuzione quando diminuisce.
Con questo meccanismo vengono generate le onde sonore.
Questa fonte non è bipolare ma un trasduttore omnidirezionale.
22 - Altoparlante : accoppiamento e Hi-End
In un impianto di riproduzione senza compromessi non ha senso nel caso di una elettronica valvolare, ma anche allo stato solido, accoppiare scrupolosamente le valvole (o i transistor e i mosfet) e selezionarle il più simili possibile fra loro, magari montare resistori a bassa tolleranza, condensatori di alta qualità e trasformatori fatti a regola d'arte e poi pilotare dei diffusori che possono aver tolleranze notevoli.
La tecnica costruttiva degli altoparlanti se non sono di buonissima qualità è approssimativa e andrebbero anche questi selezionati e misurati scrupolosamente prima di essere montati.
E lo stesso si può dire per i cabinet (le casse acustiche).
Questo è vero soprattutto quando si parla di Hi-End dove vi è la ricerca del limite tecnologico, senza limiti di budget.
23 - Altoparlante : SensibilitÃ
Per sensibilità si intende l'attitudine di un altoparlante a trasformare un segnale elettrico in suono.
Maggiore è la sensibilità , maggiore è la pressione acustica prodotta a parità di potenza applicata.
La sensibilità di un altoparlante si misura fornendo una potenza nota (1Watt) e misurando con un microfono la pressione sonora a 1 metro di distanza, mantenendosi in direzione dell'asse dell'altoparlante.
Questa pressione sonora si misura in dB SPL (Sound pressure level).
E' tanto è più alta quanto più l'altoparlante è efficiente.
Occorre tenerne conto quando in una cassa acustica si accoppiano più altoparlanti con efficienza diversa, nel senso che occorre applicare degli attenuatori agli altoparlanti più efficienti in modo da equalizzarli.
Tenete conto che la scala in dB è logaritmica e, quindi un aumento di 3dB equivale ad un raddoppio della sensibilità .
Per una trattazione più specifica dei parametri di un altoparlante nello specifico per il tipo magnetodinamico (Parametri di Thiele e Small) andare alla seguente sezione: altoparlanti magnetodinamici.
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