Altoparlante, tipi di

di Mario Bon

20 luglio 2018, 22 dicembre 2018, 25 Agosto 2019

 

Altoparlante con magnete in ALNICO

Altoparlante con doppia bobina in push-pull

Altoparlante con magnete in ferroxdure e polo centrale forato

 

Cerwing Vega con centratore esterno ed interno

Triassiale Cerwing Vega

Infinity: woofer di Wilkins a doppia bobina

 

Eli Boaz (Goodmans, del Gruppo TGI -Tannoy, Goodmans, e Martin Audio) ha sviluppato un driver a due vie in cui il driver HF è accoppiato induttivamente (inductive coupling technology or ICT). Si compone di un radiatore con un anello conduttivo situato all'interno della bobina del midrange, esso agisce come un trasformatore a spira singola, che raccoglie il flusso magnetico più efficientemente alle alte frequenze. Questa soluzione è limitata all'uso in HF, ma non serve alcun crossover, ed è molto robusta perché non può bruciare.

 

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Woofer piano, propulsione nodale diretta Technics

Woofer piatto, cono riempito

Woofer a pilotaggio nodale (diaframma a nidi d’ape)

 

Struttura del complesso magnetico Hexadym brevettato da SEAS per i tweeter con magneti al neodimio-Ferro-Boro

Bazooka mod. RXT114. Woofer triangolare per automobile

 

Peerless serie XXLS

 

Si notino le masse in alluminio che hanno la funzione di stabilizzare le variazioni di flusso e sottrarre calore. Lo spostamento della bobina mobile è di 25 millimetri picco-picco (long throat) grazie all’altezza del magnete (doppio) e alla forma della piastra.

 

 

 

 

Woofer JBL differential Drive

 

 

 

Woofer Rockport

 

Traferro a T con anelli si rane sopra e sotto il traferro come Seas Excel

 

Cavità sotto alla cupoletta parapolvere decompressa

 

Woofer Morel serie NeoLin con magnete interno alla bobina  (come negli altoparlanti in AlNiCo)

 

 

1 – cappuccio di rame

2 – 6 dischi di neodimio

3 – il cestello agisce anche come schermo

4 – diaframma e cupoletta in un unico pezzo

5 – supporto bobina dal 75 mm di diametro

6 – bobina avvolta con filo esagonale

7 – feltro

8 – forte flusso di aria per il raffreddamento

 

Woofer Fostex FW800 da 31 pollici

 

SD = 0.4015 m2

Xmax = 2.3 mm

SV = 0.92345 litri

 

volume consigliato da 500 a 800 litri

 

Woofer Aura: bobina mobile alta 25,4 millimetri (unico strato) in un traferro underhang molto ampio. Lo spostamento picco-picco vale 50.8 mm e lo spostamento meccanico 70. Magnete in neodimio (Bl=17). Superficie di radiazione SD=1164 (18”). Doppio spider.

La bobine mobile è sempre immersa in un campo magnetico costante e le variazioni di Le sono virtualmente nulle. Restano le variazioni di flusso di Le che sono limitate dal magnete nel polo centrale. In questo tipo di realizzazioni è particolarmente importante la simmetria del campo magnetico.

 

Woofer di Heil (Transar) con membrana ripiegata in carbonio

LAT: Ispirato al woofer di Heil

Non ha avuto successo commerciale

 

 

 

Trasduttore di Walsh impiegato nei diffusori Ohm. E’ un largabanda con il cono fatto di materiali diversi. Funziona in cassa chiusa ed è onmidirezionale sul piano oizzontale.

 

Una delle cose più interessanti mai fatte ma questa idea è stata abbandonata.

 

 

Sistema basato su un amplificatore a impedenza di uscita negativa.

 

Andante 3 A con ponte di velocità

Audio pro con ACE BASS

Motional Feedback – Philips con sensore di accelerazione

FeedBack capacitivo

FB_2

FB_3

 

AWC

Cannone di Bose

Basato sulla interferenza

 

Woofer Technics 1978:

 

due bobine in push-pull meccanico con una spira che legge le variazioni di flusso e le riporta in controreazione. Tipica realizzazione Giapponese

Altoparlanti inseriti nell’anello di retroazione dell’amplificatore o servoassistiti

 

Sub Woofer rotativo (variazione del flusso d’aria)

 

 

 

 

Sub Woofer “motorizzato”. un motore in continua, alimentato dal segnale audio, muove due diaframmi in push-pull. Bellissima idea che non ha avuto tanto seguito. Woofer a motore (1987) Servo Drive inc

Altoparlanti inseriti nell’anello di retroazione dell’amplificatore o servoassistiti

 

Woofer Rythmik

 

due bobine: una di pilotaggio e una di feedback. Sistema amplificato

Altoparlanti inseriti nell’anello di retroazione dell’amplificatore o servoassistiti

 

Altoparlante elettro-dinamico a bobina mobile: Nei primi altoparlanti, data la indisponibilità od il costo eccessivo dei magneti permanenti, il campo magnetico nel traferro era generato da un elettromagnete (una bobina percorsa da corrente). Tali dispositivi sono scomparsi non appena si sono resi disponibili i magneti in AlNiCo (1930). La francese Focal ha realizzato (per il modello Grande Utopia EM– Audio Review n.305 pag 50 – 2009) un altoparlante da 16” (SD=918.6 cm2, Xmax 7 mm) con elettromagnete. Variando la corrente che circola nell’avvolgimento dell’elettromagnete si modifica l’intensità del campo B e quindi il fattore di merito Qes e la sensibilità. Dato che ogni variazione della corrente di polarizzazione produce distorsione per intermodulazione, è indispensabile implementare un sistema di controllo per mantenere la corrente di polarizzazione assolutamente costante (servocontrollo). Monitorando le variazioni di flusso nel polo centrale si può annullare la distorsione causata dalla variazione del flusso di Le.

 

 

Woofer con elettromagnete Focal

 

 

Un esempio di come complicarsi la vita quando esistono da anni i magneti permanneti.

 

Altoparlante elettrostatico: altoparlante con diaframma piatto ed esteso posto tra due armature (forate e polarizzate) che generano un campo elettrico modulato dal segnale audio (che muove il diaframma). Generalmente montato a dipolo. A causa delle dimensioni presentano una elevata direttività ed a causa del montaggio a dipolo sono limitati nell’estensione verso le basse frequenze (a volte accoppiati a sub-woofer dinamici). A favore: assenza (strutturale) di sub armoniche, assenza di mascheramento, bassa distorsione per piccoli spostamenti. L’impedenza è sostanzialmente capacitiva.

 

Sono trasduttori dipolari.

Costituito da due armature in push-pull e da una membrana molto leggera tesa tra le due armature. La forza è distribuita su tutta la membrana che, di conseguenza, non soffre di break up. Anche se la massa dinamica è ridotta, il sistema è intrinsecamente poco efficiente perché il campo tra le armature è basso non può essere aumentato a piacimento (arco voltaico).

Gli elettrostatici non soffrono dei due principali problemi che affliggono i diffusori a radiazione diretta con altoparlanti dinamici: break up della membrana e mascheramento causato dalle riflessioni nel cabinet.

La dispersione verticale ed orizzontale è ridotta ma in particolare le riflessioni laterali sono ridotte .

Spesso le basse frequenze vengono affidate a sub-woofer dinamici. Il carico è fortemente capacitivo con deboli componenti resistive.

 

 

Altoparlante isodinamico: altoparlante con diaframma piatto ed esteso percorso da una serie di fili conduttori immersi in un campo magnetico. Il principio di funzionamento non è diverso dall’altoparlante dinamico a bobina mobile ma la forza è distribuita su tutto il diaframma. Rispetto all’altoparlante elettrostatico l’impedenza è sostanzialmente resistiva e costante. Generalmente montato a dipolo. A causa delle dimensioni presentano una elevata direttività ed a causa del montaggio a dipolo sono limitati nell’estensione verso le basse frequenze (a volte accoppiati a sub-woofer dinamici).

A favore: assenza (strutturale) di sub armoniche, assenza di mascheramento, bassa distorsione per piccoli spostamenti, impedenza resistiva e costante.

 

Altoparlante a nastro: nell’altoparlante a nastro il diaframma è costituito da un sottile nastro metallico ripiegato posizionato tra le espansioni polari di un magnete. E’ caratterizzato da impedenza elettrica resistiva molto bassa e richiede un trasformatore di accoppiamento. A causa del limitato spostamento del nastro è adatto alla riproduzione delle frequenze alte (tweeter). I diffusori VIETA montano nastri anche per le medie frequenze.

 

AMT o Twweter di Heil:  vedele la voce AMT

 

DML Distibuted Mode Loudspeaker: uno dei difetti dei diaframmi degli altoparlanti è la non perfetta rigidità per cui, a certe frequenze, alcune parti del diaframma possono vibrare in controfasce rispetto ad altre. Questi fenomeni sono chiamati break-up delle membrane e hanno sempre effetti negativi (sulla risposta in frequenza, sulla risposta impulsiva e sulla distorsione). Anche i diaframmi rigidi presentano break-up ma fuori dalla gamma di utilizzo. Da sempre si tenta di minimizzare la rottura del diaframma in due modi: rendere il cono molto rigido e aumentando l’assorbimento delle onde trasversali (smorzamento). L’alluminio è un materiale molto rigido mentre il polipropilene è un materiale molto smorzato. Un sandwich di alluminio e polipropilene sarebbe ideale ma anche troppo pesante. La terza via è utilizzare un materiale non rigido con un tale numero di break-up che si confondono uno con l’altro (la stessa filosofia dei coni in polipropilene). Questo è il principio degli altoparlanti DML: si tratta di una sorgente estesa soggetta ad un  numero di modi normali talmente elevato da diventare indistinguibili. Il fatto che non si vedano chiaramente distinti non significa che non ci siamo. La risposta in frequenza sembra regolare ma la waterfall…. (vedere la voce DML)

 

Cross-section through the Manger sound transducer with the complex and precisely tuned functional elements. The manufacturing process demands tolerances of as close as an eight-thousandth of a millimetre (0.008 mm). Seen above the diaphragm is the stylized wave movement of the diaphragm in the range between low and high frequencies.

 

BRM:  Simile al DML ma con diversa distribuzione dei break-up della membrana

 

Classificazione degli altoparlanti

 

Classificazione per banda di frequenza riprodotta: partendo dalle frequenze più alte verso le più basse:

 

Super-Tweeter : Altoparlante specializzato per la riproduzione dell’estremo alto della banda audio (tipicamente a partire da 5000-10000 Hz) ed esteso oltre i 20000Hz . Possono essere dinamici (a cono, a cupola) elettrostatici, a nastro, a ioni, AMT. Ecc. Possono anche essere caricati con trombe per aumentare la sensibilità.

Esempio: Murata es103a super tweeters

Tweeter : Altoparlante specializzato per la riproduzione delle note acute (tipicamente a partire da 2000 Hz, tweeter CIARE da 1200 Hz). Possono essere dinamici (a cono, a cupola) elettrostatici, a nastro, a ioni, ecc. Possono essere caricati con trombe per aumentare la sensibilità. I tweeter moderni sono realizzati con cupole di svariati materiali (seta, plastica, berillio, alluminio, magnesio, berillio, diamante, ecc.). Sempre più tweeter arrivano a 30 o anche 40 kHz.

 

Midrange : Altoparlante specializzato per la riproduzione delle note medie di diametro compreso tra 2 e 5 pollici (ma anche 8 e 10” nelle applicazioni PA). Lo spettro della voce si estendono da 80 a 4000 Hz e, per ottenere la massima coerenza,  dovrebbe essere riprodotta da un altoparlante specializzato (appunto il midrange). Quasi tutti i diffusori acustici inglesi a tre vie sono tagliati a 300-500 e 3500 Hz (banda vocale telefonica). Esistono midrange elettrostatici, AMT, a cupola, a cono, a nastro e caricati a tromba.

Midrange a cupola: realizzato in modo simile ad un tweeter a cupola ma con cupola di diametro di 1.5 fino a 3 pollici. Tipicamente utilizzabile da 500-1000 Hz in su. Può essere caricato a tromba.

Mid-woofer: woofer di diametro compreso tra 3.5 e 7” impiegato per riprodurre anche le note medie

 

Woofer: altoparlante specializzato per la riproduzione delle note basse con diametro ino a 30”. Anche caricati a tromba (quando la prima ottava non è importante).

 

Subwoofer : woofer specializzato per la riproduzione della prima decade dello spettro audio (16-160 Hz o 20-200 Hz). Il sub woofer ideale dovrebbe riprodurre le frequenze inferiori a 80-100 Hz per non invadere lo spettro della voce umana. Normalmente il diametro parte da 10 fino a 22 pollici con massa dinamica dinamica notevo /densità fino a 4). Lo spostamento picco-picco può superare i 35 mm.

 

Electro Voice MTL4

Elac Micro Sub 2010

 

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Bass-shaker: eso-eccitatore meccanico infrasonico. Viene vincolato alla poltrona dove è seduto l’ascoltatore e trasmette le frequenze infrasoniche per contatto: la poltrona trema….

Vibratore osseo (Bone Vibrator)  trasduttore elettro-meccanico normalmente applicato al processo mastoideo.

Sonda a V: endo-eccitatore per frequenze infrasoniche e sub soniche. Simile ad un agitatore per cemento viene fornito con un flacone di vaselina che ne facilita l’applicazione.  Modello unisex disponibile in diversi formati, diametri e lunghezze. Ideale per chi ricerca di emozioni forti.

 

Nota sull’utilizzo del super-tweeter: se il tweeter non supera i 10 kHz  l’uso di un super tweeter è opportuno. A volte si vedono super-tweeter dedicati a coprire la banda oltre i 20kHz (fino a 40k o anche 100kHz). Vanno tenuti presenti questi fatti:

 

oltre 22.05 kHz i CD audio non contengono alcun segnale

l’orecchio umano percepisce al massimo 22 kHz (nel neonato)

molti diffusori (giudicati ottimi) non superano i 16 kHz (Klipsh, Tannoy….)

Anche se la banda passante dei segnali ad alta risoluzione si estende ben oltre i 20kHz, le elettroniche analogiche si fermano spesso ben prima.

 

Prima di spendere dei soldi per un supertweeter è necessario accertarsi che tutta la catena audio sia in grado trasferire le frequenze ultrasoniche (gli amplificatori a valvole vanno sostituiti). E’ dimostrato che

 

gli ultrasuoni stimolano l’attività celebrare (rilevata attraverso l’irrorazione sanguigna).

Gli ultrasuoni non producono sensazione uditiva

la presenza di ultrasuoni contemporanea alla percezione del segnale musicale sembra migliorare la percezione della musica

 

Purtroppo non è stato verificato se sia necessaria la correlazione tra il programma musicale e l’ultrasuono quindi non si può trarre alcuna conclusione in merito al beneficio delle frequenze ultrasoniche correlate al segnale musicale.

 

Classificazione dei sistemi di altoparlanti in funzione dell’impedenza elettrica

 

La Norma DIN stabilisce che l’impedenza dell’altoparlante deve essere compresa tra 0.8 x Znominale) <  Z < (1.2 x Znominale) senza limiti per la fase. I valori di Znominale standardizzati sono: 4, 8 e 16 ohm

 

Il nuovo standard (suggerito dalla AES) stabilisce che  Z nominale = minimo valore della parte reale dell’impedenza.

Ne segue che Znominale deve essere maggiore di 2 ohm (carico di riferimento per l’intervento delle protezioni negli amplificatori). Equivale a 4 ohm con fase di 60°.

Assumere il minimo della parte reale pari a 3.2 equivale a 6 ohm con fase di 60°.

 

 Classificazione in funzione del tipo di traferro

 

Pioneer

 

 

Seas Excel: Anelli di rame sopra e sotto il traferro più ogiva in rame massiccio

 

 

Anello di rame implementati da Philips (a sinistra) e da ScanSpeak (a destra).

 

L’anello di rame si estende per tutta la lunghezza dell’escursione della bobina. Rispetto al SEAS con questo sistema si perde parte della larghezza del tra ferro (Bl diminuisce).

 

Gruppi magnetici con due soluzioni per linearizzare il campo magnetico: traferro sagomato e cappuccio di rame.

In questo caso il polo centrale sporge dalla piastra.

 

Notare il tweeter con il supporto della bobina forato sopra all’avvolgimento per decomprimere la cupola.