Induttanza della bobina mobile

di Mario Bon

7 giugno 2014 – 14 dicembre 2015

La prima figura mostra la tipica impedenza elettrica di un altoparlante dinamico.

Impedenza di un woofer misurata in aria libera. Si distingue il picco di risonanza a bassa frequenza, l’aumento verso le alte frequenza causato dall’induttanza della bobina mobile e una piccola irregolarità a 600-700 Hz dovuta alla risonanza del rim (documentazione Beyma)

La bobina mobile dell’altoparlante dinamico possiede, inevitabilmente, una sua induttanza. Tutto sarebbe semplice se questa induttanza si comportasse come una induttanza. Così però non è. A parte gli effetti indesiderati (distorsione in gamma media) la presenza di questo componente reattivo complica la progettazione del filtro cross-over. E’ quindi necessario tenerne costo nei modelli di simulazione.

Nella figura che segue (tratta da documentazione Beyma) si vede l’andamento della componente resistiva e induttiva della impedenza della bobina mobile di un woofer da 8”.

Come si vede il valore di induttanza diminuisce con la frequenza mentre il valore della resistenza aumenta.

La prossima figura mostra il classico modello dell’altoparlante a 5 parametri e una sua prima evoluzione.

Espressione dell’impedenza elettrica per un altoparlante dinamico rappresentato con l modello semplificato di Small ZL rappresenta l’impedenza reattiva della bobina mobile ZL =Rem(w) + jw Lem(w).

Nel modello evoluto Rem e Lem dipendono dalla frequenza e riproducono, con buona approssimazione, l’andamento reale dell’impedenza. Per calcolare Lem e Rem si usa la seguente espressione

dove Krm, Kxm, erm e Exm vengono forniti direttamente dal costruttore dell’altoparlante. Non sempre, purtroppo, tali parametri sono dichiarati. Si può ricorrere allora ad un modello lineare con qualche parametro in più:

qui l’induttanza Le è stata sostituita da un induttanza (generalmente di piccolo valore) che rappresenta la parte della bobina mobile che sta fuori dal traferro e da una RL in parallelo che rende conto della parte di bobina immersa nel traferro. Questo modello funziona meglio quando è presente il cappuccio di rame sul polo centrale. Per migliorare il modello basta aggiungere un altro gruppo RL in serie.

Nel 2011 Claus Futtruf (che allora lavorava alla ScanSpeak mentre ora, 2014, lavora in Seas) ha proposto un modello di altoparlante che contiene a costanti concentrate dipendenti dalla frequenza:

Riduzione di Le

Il modo più diretto per ridurre il valore di Le è porre un cappuccio di rame sul traferro e cortocircuitare il campo magnetico. Questa soluzione è stata introdotta da Philips e seguita da molti costruttivo con alcune varianti. Nel tempo sono stati inseriti anelli di rame alla base del traferroo, sopra e sotto al traferro, ecc.. Nel 1988 che scrive ha presentato un diffusore (pubblicato da SUONO n 177) dove la seconda bobina di un woofer Focal veniva impiegata per ridurre l’induttanza della bobina effettivamente alimentata. E’ bello vedere questa soluzione sia stata ripresa e presentata come originale anche da riviste autorevoli.

Lo stesso woofer con diverse soluzioni atte a ridurre la distorsione. La prima in alto a sinistra è relativa al woofer “normale”. Come atteso la presenza di un anello di rame sotto o nel traferro non comporta sostanziali differenze.

Bibliografia:

JOURNAL OF THE AUDIO ENGINEERING SOCIETY, VOL. 50, NO. 6, 2002 JUNE

Loudspeaker Voice-Coil Inductance Losses:

Circuit Models, Parameter Estimation, and

Effect on Frequency Response

di W. Marshall Leach