L'altoparlante per la riproduzione di frequenze basse. Informazioni di base

Dr.-Ing. Peter Strassacker
Email: peter@lautsprechershop.de

L'altoparlante a cono è formato da un sistema di pilotaggio costituito da un magnete e da una bobina. Prinzipbild Tiefton-Lautsprecher

Le linee del campo magnetico cercano il percorso della resistenza magnetica più bassa e circolano quindi attraverso la fessura d'aria (verde) tenute insieme tra la piastra polare a destra e il cestello (entrambi blu). Nella fessura d'aria è collocata la bobina di pilotaggio (rosso).

Quando la bobina viene attraversata da un flusso di corrente (perpendicolare all'immagine: punti rossi), mediante il campo magnetico (verde, in direzione verticale) si genera una forza che circola perpendicolarmente alla corrente e al campo magnetico - quindi in senso orizzontale - verso destra o verso sinistra. La membrana (nera) viene così pilotata a destra o a sinistra (frecce blu).

Se il suono viene trasferito uniformemente e in modo efficiente dalla membrana all'ambiente circostante, tale membrana deve avere una determinata grandezza (come un'antenna ad alta frequenza). Nel caso di un'alimentazione elettrica simmetrica, il diametro della membrana D dovrebbe corrispondere all'incirca alla metà della lunghezza d'onda λ/2 dell'onda sonora. La lunghezza d'onda λ = c / f, in cui la velocità del suono c è pari a 340 m/s e f rappresenta la frequenza in Hz. Per la riproduzione di 20 Hz sarebbe ottimale un altoparlante dal diametro di 1/2 * λ = 1/2 * (c/f) = 8,5 m.

Per 20 Hz sarebbe quindi ideale una membrana di 8,5 metri! - Per 20 kHz sarebbe necessaria una di 8,5 mm. Per tale motivo, quando viene costruita una cassa acustica, in un box vengono utilizzati più diffusori per le varie frequenze.

Da notare: se una membrana dal diametro di 8,5 mm è fattibile, un diametro di 8 m non è una cosa che si può realizzare!

Caratteristiche di un altoparlante per frequenze basse (woofer)

Per riprodurre i toni bassi in modo efficace la membrana è dunque troppo piccola. A ciò si può porre rimedio in diversi modi:

L'ultima soluzione sovramenzionata assicura i risultati migliori: se si rimpicciolisce il magnete (oppure se si crea una resistenza addizionale nel condotto per l'altoparlante), si riduce la forza motrice dell'altoparlante e il volume diminuisce alla stessa tensione applicata dall'amplificatore. Per i toni bassi vicini alla frequenza di risonanza è molto facile che l'altoparlante vibri e quindi il volume non si riduce quasi per niente. Risultato complessivo: si avranno molto meno toni medi e alti - l'altoparlante riprodurrà quindi più frequenze basse. Ma: Più debole è il pilotaggio, peggiore sarà il controllo sull'altoparlante e maggiore sarà l'effetto rimbombante.

Se si indebolische il magnete o se si inserisce una resistenza addizionale, occorre di norma anche ingrandire il volume della cassa per evitare che la risonanza dei toni bassi non sia eccessivamente forte e per evitare un effetto rimbombante.

Per il giusto pilotaggio troverete qui degli Esempi con Alcone AC 12.

Se siete un hobbista dovreste fermarvi un attimo e calcolare sulla nostra pagina Tool il dimensionamento dei woofer con gli altoparlanti di Vostra scelta.

Teoria sul pilotaggio spiegata nei dettagli:

Per accordare le formule al Pilotaggio-Subwoofer (soltanto per chi si interessa della teoria) ed esempi plausibili sulla forza di pilotaggio.

Il problema della compressione termica

I materiali impiegati nella bobina oscillante hanno un coefficiente di temperatura fortemente positivo. Ciò determina una compressione termica che in caso di elevata temperatura di regime fa diventare il Subwoofer molto più rimbombante.

La soluzione:
Utilizzate un altoparlante con pilotaggio potente (Qts più basso del necessario) e inserite una resistenza in serie. Non vi preoccupate per il fattore di smorzamento - questo, infatti, non ha in tale contesto nessuna importanza ...tutto ciò lo spiegheremo successivamente oppure potete scegliere la soluzione successiva.

Massimo controllo con la teoria dell'allineamento

Ricapitoliamo i risultati fin'ora menzionati:
- Gli amplificatori normali, in caso di elevato carico (compressione termica), producono un effetto rimbombante.
- A ciò si può porre rimedio mediante un pilotaggio potente con una resistenza molto elevata.
- In tal modo, la bobina non si riscalda più, ha una durata maggiore e gli effetti della compressione vengono attenuati.
- La resistenza è necessaria altrimenti si produrranno pochissimi bassi profondi.

Per la cassa bass reflex esiste anche un'altra possibilità per l'allineamento. Il punto di partenza è di nuovo il principio seguente: più potente è il pilotaggio, migliore è il controllo e minore è il pericolo che la bobina oscillante si surriscaldi, cioè che il Subwoofer produca un effetto rimbombante.

Nell'immagine in basso, la curva rossa rappresenta la risposta in frequenza di un Subwoofer chiuso per la riproduzione di ultrabassi con pilotaggio potente.

Se si colloca questo in una cassa bass reflex
della stessa grandezza, è possibile allineare il tubo bass reflex
secondo la linea blu verticale.
Si ottiene così la risposta in frequenza complessiva
blu, più piatta .

Invece, se si utilizza semplicemente
un'allineamento reflex più basso (curva verde verticale),
si otterrà un risposta in frequenza graduata.

Il basso allineamento dell'immagine sopra illustrata implica
però che la pressione del suono aumenta ulteriormente
in caso di frequenze più acute (a partire da ca. 60 Hz). È dunque adatta soltanto
per Subwoofer in cui l'amplificatore, che
qui separa a 65 Hz (non illustrato), determina
una frequenza di taglio complessiva di ca. 80 Hz
(Risposta in frequenza complessiva: Linea blu).

In questo tipo di subwoofer la frequenza massima dell'amplificatore
deve essere spesso regolata ad un livello più basso
rispetto a quello che effettivamente si desidera.

Se si vuole calcolare esattamente
l'allineamento basso, è possibile farlo
con programmi di simulazione disponibili in commercio
come LSP-CAD (immagine a sinistra).

Nell'immagine è illustrato l' AC 12 SW4 in cui:
- la curva nera è la risposta in frequenza complessiva
- la curva blu tratteggiata è la risposta in frequenza
  sul subwoofer ( a causa della controreazione
  del tubo bass reflex dall'interno non è uniforme!)
- la curva rossa è la risposta in frequenza sul tubo bass reflex
- la curva nera tratteggiata è la risposta in fase.

I vantaggi di questo allineamento

L'allineamento descritto sopra presenta i seguenti vantaggi:
- una membrana controllata in modo migliore (pilotaggio più potente)
- una minore compressione termica
  - un surriscaldamento minore della bobina grazie al pilotaggio più potente
  - in caso di surriscaldamento della bobina il punto di lavoro si sposta in modo tale che
    da un punto ad allineamento basso se ne ottenga uno ad allineamento normale.
    Vedi immagine a destra. rosso=allineamento basso, verde=33%,
    blu=66% Aumento della resistenza = allineamento normale)
    - tutto questo assicura una riproduzione del suono sempre pulita
    - un livello di volume che si mantiene costante
- grazie al minore carico, la bobina ha una durata maggiore.

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