L'autoparlante
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- Categoria: Elettrotecnica
- Pubblicato Giovedì, 17 Ottobre 2013 10:13
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Potrà essere capitato, almeno qualche volta, di consultare un listino commerciale in cui vengono presentati vari tipi di altoparlanti e di accorgersi che il costruttore preferisce indicare il peso del cestello anziché quello del magnete. Questo dato non deve trarre in inganno il principiante, pensando che il costruttore, presentando un peso superiore, voglia impressionare gli acquirenti. Infatti, un altoparlante di grande classe, equipaggiato con un cestello di una certa mole, viene a costare molto di più di un altoparlante nel quale il magnete permanente non è racchiuso in un contenitore vero e proprio. Con ciò si vuol dire che l’insieme degli elementi che racchiudono il magnete, viene a costare di più del magnete stesso. Per giustificare questa asserzione occorre esaminare attentamente la struttura di un altoparlante.
In figura 1A sono rappresentati tutti gli elementi che compongono il cestello di un altoparlante di costo elevato; in figura 1B sono raffigurati gli elementi che compongono il cestello degli altoparlanti economici, quelli che normalmente sono montati nei ricevitori radio e nei televisori. Il contrasto è evidente. I componenti sembrano simili, perché in entrambi è presente il magnete permanente con le sue espansioni polari, il quale rappresenta l'elemento fondamentale per il funzionamento di un altoparlante. Ma le dimensioni, la forma e la disposizione di questi elementi sono diversi e variano in funzione dell'uso al quale è destinato l'altoparlante. Il magnete permanente, ad esempio, può essere lungo e sottile, corto e tozzo; esso può essere di forma cilindrica, oppure a forma di W. In figura 2 sono rappresentati alcuni tipi di magneti permanenti di uso comune.
Fig. 1 - L'altoparIante di classe si differenzia da quello di tipo economico per il notevole equipaggiamento degli elementi che compongono il ce- stello. Questi sono tutti rappresentati nella colonna di sinistra (A). In quella di destra (B) invece sono riportati gli elementi del cestello di un altoparlante di prezzo normale, del tipo di quelli comunemente montati nei ricevitori radio e nei televisori.
Dobbiamo ricordare ora che la sola funzione del magnete permanente è quella di generare un campo magnetico potente, nel quale possa lavorare la bobina mobile. Attualmente gli sforzi dell'ingegneria elettrotecnica tendono a conferire all'insieme una forma tale per cui con un dato magnete si possa ottenere un campo magnetico che sia il più intenso possibile. In certi tipi di altoparlanti il magnete permanente è in Alnico; in altri esso è di ferrite, ma vengono utilizzati altri materiali.
Qual è il miglior magnete?
Per i progettisti la scelta del magnete è condizionata da un insieme di fattori, collegati gli uni con gli altri. Ma se si vuol considerare soltanto il risultato finale, la natura del materiale del magnete permanente non assume alcune importanza. Nel porre le basi di questo particolare tipo di studio, il progettista deve, prima di tutto, stabilire la potenza del campo magnetico nel quale deve spostarsi la bobina mobile. Che poi, per ottenere il campo magnetico, si utilizzino due chilogrammi di Alnico o cinque chilogrammi di un altro materiale, ciò non ha alcuna importanza in questa fase di studio. Si può considerare, ad esempio, il magnete permanente come un serbatoio di energia magnetica. La forma e il volume non importano; ciò che importa è la qualità di energia che esso contiene; si deve quindi abbandonare ogni riserva relativamente alla forma e al volume del magnete. Successivamente, per stabilire il circuito magnetico, il progettista deve adoperarsi in modo da utilizzare al massimo l'energia contenuta. nel magnete.
Fig 2 - Le dimensioni, la forma, il materiale con cui vengono costruiti i magneti permanenti degli altoparlanti variano in funzione dell'uso al quale è destinato l'altoparlante stesso.
Prima di tutto, per‘ ottenere il miglior rendimento, si deve far in modo di non avere alcuna perdita nello spazio compreso fra il magnete e la bobina mobile. Se le espansioni polari, o qualche altra parte del circuito magnetico, sono troppo sottili, oppure sono costruiti con materiali di qualità inferiore, si avrà una perdita del. potenziale magnetico.
Fig. 3 - Il traferro molto largo risulta comodo per la fabbricazione degli altoparlanti; ma per ottenere un campo magnetico elevato, cioè una notevole densità di flusso, occorre servirsi di magneti molto potenti. Il traferro stretto (A) non si adatta alla produzione in serie degli altoparlanti. Per scongiurare il pericolo dello strisciamento della bobina mobile sulle espansioni polari, conviene ricorrere al traferro largo (B).
Generalmente le perdite provocano sempre dei campi parassiti. Per esempio, quando la perdita si verifica nella parte posteriore di un altoparlante, esso attrae vigorosamente un cacciavite; ciò significa che una parte del potenziale magnetico non arriva fino al traferro, nel quale è sistemata la bobina mobile. E con ciò rimane dimostrato che l'indicazione del peso del magnete permanente non interviene affatto sulle caratteristiche proprie dell'altoparlante. Il magnete permanente e l'insieme degli elementi che formano il cestello debbono essere considerati come una stessa realizzazione intesa ad offrire dei buoni risultati.
Fig. 4 - Traferro stretto ed altezza’ elevata dell'espansione polare permettono di ottenere una notevole quantità di flusso magnetico (A). A parità di larghezza del traferro, diminuendo l’altezza, diminuisce il flusso magnetico
Il Traferro
L'elemento più importante, nella concezione di un altoparlante, è rappresentato dal traferro. Infatti, l'energia magnetica presenta del- le grandi difficoltà a concentrarsi nel traferro che separa le due ‘espansioni polari. Il campo magnetico nel traferro è tanto più debole quanto più largo è il traferro stesso.
La «forza» del campo magnetico si misura in «gauss». Questo termine viene spesso mal interpretato; molti credono, in pratica, che questo termine stia ad indicare la somma totale di qualche cosa. Facciamo un esempio. e Quando si esprime un valore in gauss, è come se si dicesse: io ho tre tulipani per metro quadrato del mio giardino. Dicendo ciò, nessuno può sapere quanti tulipani ci sono nel giardino, ma tutti possono sapere qual è la densità dei tulipani presenti nel giardino. Il gauss esprime esattamente una «densità di flusso».
Supponiamo di dover costruire un altoparlante nel cui traferro vi sia una densità di flusso di 10.000 gauss. A tale scopo prendiamo in esame, sulla figura 3A uno dei due traferri. Supponiamo i che questo altoparlante debba essere costruito in una grande serie e, proprio per questo motivo, si sia obbligati ad utilizzare, per la costruzione delle espansioni polari, dei torni automatici che, come si sa, non permettono mai di raggiungere una grande precisione. Queste macchine non permettono dunque di avere delle espansioni polari rigorosamente concentriche, nel senso assoluto della parola, ma soltanto delle parti con tolleranze di fabbricazione notevoli.
D'altra parte, nella lavorazione in serie, non è possibile eliminare tutte quelle bobine mobili che presentano dei piccoli difetti. Dunque, da questo ragionamento, si possono trarre le seguenti conclusioni: con il sistema ora citato non si ottengono che elementi con. tolleranze basse, rischiando di costruire una grande quantità di altoparlanti con bobine mobili striscianti sulle espansioni polari durante loro movimento. Quindi l'unica soluzione consiste nell'adottare un traferro sufficientemente largo, in modo da permettere l'impiego di parti fabbricate con tolleranze... industriali.
La sezione dell'altoparlante si trasformerà in quella rappresentata in figuri 3B. Ma qual è la conseguenza di tutto ciò sulla densità del flusso?
Aumentando la larghezza del traferro, l'intensità del campo magnetico decresce in misura allarmante. Invece dei 10.000 gauss, stabiliti in partenza, si possono ottenere soltanto 3.000 gauss. Si può quindi concludere che, volendo lavorare con un traferro largo, che risulta molto comodo per la fabbricazione, per ottenere un campo magnetico elevato e. necessario servirsi di un magnete molto potente, il quale impone la costruzione di una struttura più complessa le più imponente del cestello, allo scopo di non permettere al flusso del magnete di saturare le espansioni polari. Soltanto così è possibile ottenere nel traferro il campo magnetico desiderato.Ma se analizziamo le cose obiettivamente, possiamo affermare di aver notevolmente aumentato il peso dell'insieme magnetico, senza aver aumentato il campo magnetico nel traferro.
10.000 gauss sono sempre 10.000 gauss e il modo per ottenerli non fa mutare il problema. Dunque possiamo concludere che il peso dell'insieme magnetico non assume alcune importanza; assume invece importanza soltanto il valore del campo magnetico presente nel traferro.
Bobina mobile
Abbiamo esaminato fin qui un solo aspetto del problema. Un secondo aspetto, anch'esso importante, è condizionato da quello già esposto; la forza esercitata sulla membrana del- l'altoparlante, come reazione ad un dato segnale elettrico, non dipende soltanto dalla densità del flusso magnetico nel traferro, ma anche dalla lunghezza del filo che compone la bobina mobile, la quale rimane affogata nel campo magnetico.
Fig. 5 - Questo disegno illustra, in sezione, la composizione di un altoparlante magnetico e ne interpreta il funzionamento. Quando la bobina mobile è attraversata da "corrente, questa genera un campo elettromagnetico che, contrastando con quello magnetico, presente tra le espansioni polari,» costringe la bobina a spostarsi longitudinalmente, lungo il suo asse, facendo vibrare la membrana. Quest'ultima, provocando una serie di compressioni e decompressioni dell'aria circostante, trasforma l'energia elettrica in energia meccanica, cioè in suono.
Quando tutti gli altri fattori sono equivalenti in una bobina mobile avente un diametro di 50 mm, la lunghezza totale del filo di rame è doppia rispetto alla lunghezza del filo di una bobina mobile di 25 mm di diametro. D'altra parte occorre anche notare che se lo spessore delle espansioni polari è grande, si troverà nel traferro un numero di spire più elevato di quello presente nel caso di espansioni polari di piccolo spessore. E si può dire che lo spessore delle espansioni polari determini la lunghezza del traferro. Lo scarto fra di esse, invece, determina la larghezza, del traferro.
Calcolo del flusso totale
Quando si conoscono la densità del flusso e le dimensioni del traferro, è possibile calcolare agevolmente il valore totale del flusso utilizzabile. Ritorniamo per un momento all'esempio dei tulipani. Se si conosce il numero dei tulipani, presenti in un metro quadrato di superficie del giardino, è possibile calcolare il numero totale dei tulipani. Nei circuiti magnetici il flusso totale viene misurato in «maxwelles».
Se un costruttore di altoparlanti, nell'esprimere le caratteristiche dei componenti, parla di gauss e di maxwells, allora si è in possesso di dati precisi, e seri, sul valore dell'insieme magnetico. Ciò mette dunque un punto finale su ogni discussione relativa al valore del peso del magnete o alla superiorità di questo o quel materiale di cui ci si è serviti per la fabbricazione.
Ma come è facile. pensare, lo studio di un circuito magnetico è molto più complesso di quanto sia stato finora enunciato. Prima di tutto occorre ricordarsi che se nell'esposizione delle caratteristiche di un altoparlante si parla soltanto di peso del magnete questa informazione non presenta alcun interesse.
Ma da quanto finora detto si può concludere che un altoparlante è migliore di un altro se la densità di flusso,_espressa in gauss, è maggiore e se è grande il flusso totale espresso» in maxwells.
Disgraziatamente le cose non sono tanto semplici. L'intuizione, che ci porta a considerare ottimo un altoparlante dotato di un insieme magnetico di peso elevato, di un grande campo magnetico nel traferro e di un elevato flusso totale, è assolutamente vera. Ma fra gli altoparlanti di grande qualità si possono incontrare delle varianti notevoli fra l'uno o l'altro di questi tre elementi. Per esempio, in un altoparlante a camera di compressione, utilizzato in una cassa acustica ad alta fedeltà, la lunghezza del traferro, stabilita dallo spessore delle espansioni polari, dovrà essere tanto più lunga quanto più piccola è la bobina mobile e quanto più piccolo è il gioco fra la bobina mobile e le espansioni polari.
Altoparlanti per alta fedeltà
Gli altoparlanti ora descritti vengono utilizzati, in pratica come «tweeters»; gli spostamenti della bobina mobile sono quindi molto piccoli, e ciò permette la realizzazione delle piccole lunghezze del traferro. D'altra parte, poiché la sospensione non può in alcun modo deformarsi, si possono avere dei giochi piccolissimi, perché in nessun caso la bobina, ben guidata, deve strisciare contro le espansioni polari. In questi casi particolari è possibile costruire un altoparlante con un flusso ad alta densità, senza servirsi di un magnete di grandi dimensioni. Al contrario, gli altoparlanti a camera di compressione, utilizzati nei teatri e nei cinema per la riproduzione degli acuti, debbono avere dei magneti pesanti perché, in questi casi particolari, sono necessari degli altoparlanti a rendimento elevato.
D'altra parte non è possibile servirsi di mobili acustici ad alta fedeltà per questo particolare tipo di sonorizzazione, anche se questa deve essere di ottima qualità. Soltanto degli ottimi altoparlanti a camera di compressione possono dunque essere utilizzati in questi casi.
Per la riproduzione delle note basse, un «woofer», utilizzato in un mobile chiuso, non impone la presenza di un insieme magnetico molto pesante.
Contrariamente a ciò che si potrebbe pensare, il magnete pesante riduce le note basse. Ma un woofer, dotato di una membrana molto pesante e di una bobina mobile appositamente concepita per ottenere grandi spostamenti, può esigere un campo magnetico molto potente, allo scopo di raggiungere un ottimo responso in presenza di impulsi transitori.
Per concludere dobbiamo dire che la progettazione di un altoparlante deve prendere in considerazione un certo numero di fattori corollari. Il fatto di aver utilizzato un insieme magnetico del peso di tre chilogrammi, invece di uno di cinque chilogrammi, non significa assolutamente che il costruttore abbia voluto esercitarsi in una prova di economia.
L'insieme del peso di tre chilogrammi può essere migliore per un altoparlante destinato ad un preciso impiego. E quando un vostro amico, appassionato dell'alta fedeltà, vi chiederà il peso del magnete del vostro woofer, potrete rispondergli con uno sguardo pieno di sufficienza: « Esso pesa tanto quanto basta per farlo lavorare ».