Anche se ci sono stati progressi significativi sia nella progettazione che nella produzione degli altoparlanti, i fondamenti della tecnologia dei driver degli altoparlanti non sono cambiati in quasi 100 anni: Il driver dinamico di Edward Kellogg e Chester Rice del 1925 è ancora la base di praticamente tutti gli altoparlanti sul mercato oggi, da quello del vostro telefono a quelli del vostro sistema home theatre.
Ma come funzionano gli altoparlanti? Cominciamo dalle basi.
Nota dell’editore: questo articolo è stato aggiornato il 12 marzo 2021, per includere più informazioni tecniche.
Come funzionano gli altoparlanti: le basi
Un altoparlante è il componente elettroacustico grezzo che fa funzionare un altoparlante. Come trasduttore, la sua funzione è quella di trasformare l’energia da una forma all’altra. In particolare, questo trasduttore trasforma le onde elettriche amplificate dal tuo dispositivo di riproduzione, sia esso il tuo telefono o la testina del tuo giradischi, in onde di pressione sonora nell’aria che le tue orecchie possono rilevare.
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Il driver dell’altoparlante: un motore elettromagnetico semplice ma brillante
Un amplificatore alimenta un segnale a due terminali sul retro di un altoparlante. Questi terminali passano la corrente in una bobina cilindrica di filo, che è sospesa nello spazio circolare tra i poli di un magnete permanente. Questa bobina si muove avanti e indietro all’interno del campo magnetico mentre la corrente che la attraversa alterna la direzione del segnale applicato, secondo la legge di Faraday. Il centro del cono dell’altoparlante è attaccato a un’estremità, che viene guidata avanti e indietro dalla bobina in movimento. Questo cono è tenuto ai suoi bordi da una sospensione o sospensione ermetica. Mentre il cono si muove, spinge e tira l’aria circostante; così facendo crea onde di pressione nell’aria, chiamate suono.
Quindi è così che funziona l’altoparlante, ma perché sembrano sempre essere montati in scatole? Se l’altoparlante produce il suono da solo, a cosa serve la scatola? E che dire dei fori per le porte e degli altri pezzi?
Perché i diffusori sono messi in scatole?
Ogni diffusore da scaffale Fluance Ai40 ha un tweeter da 1″ e un driver da 5″.
Quando il cono di un altoparlante si muove, crea un’onda di pressione sia da davanti che da dietro. Mentre si muove verso di voi, spingendo l’aria e creando una pressione positiva, contemporaneamente tira l’aria dietro di sé, creando una pressione negativa. Se la lunghezza d’onda che corrisponde alla frequenza del segnale riprodotto è grande rispetto alle dimensioni dell’altoparlante, la pressione generata dai due lati dell’altoparlante si annullerà a vicenda. Quindi, a qualsiasi distanza utile, le basse frequenze (bassi) sono rese inudibili. Se vuoi provare questo a casa tua, rimuovi un altoparlante dal suo involucro. Noterete una qualità di suono “metallico” rispetto a come l’altoparlante suonava quando era assemblato.
Per far funzionare bene un altoparlante a tutte le frequenze, dobbiamo evitare che l’onda di pressione creata dal retro del cono dell’altoparlante annulli l’onda creata dalla parte anteriore del cono. Se si montasse l’altoparlante in un grande foglio di materiale rigido (un baffle), si potrebbe ottenere lo stesso effetto. Un baffle deve essere grande per prevenire la cancellazione delle basse frequenze, quindi questo non è pratico nella maggior parte delle applicazioni. Le casse chiuse permettono un modo più pratico di farlo.
Non tutte le casse sono a forma di scatola…
Una combinazione di proprietà meccaniche dell’altoparlante e le dimensioni della cassa definiscono il comportamento a bassa frequenza di un sistema di altoparlanti a cassa chiusa. Senza diventare super tecnici, l’aria nella scatola agisce come una molla contro cui il cono spinge e tira, e questo sistema ha una frequenza di risonanza al di sotto della quale la sua uscita diminuisce considerevolmente.
Gli altoparlanti devono essere ermetici: le perdite nella scatola permettono la cancellazione che vogliamo evitare.
Perché alcuni altoparlanti hanno dei buchi?
Avrete notato che molte casse hanno dei fori circolari, o talvolta delle fessure, di solito nella parte anteriore o posteriore. Quello che stai vedendo sono porte, o prese d’aria, e questo identifica ciò che è noto come un recinto bass reflex.
Un recinto bass reflex funziona essenzialmente allo stesso modo di quando si soffia aria su una bottiglia di birra aperta e una nota suona. La nota cambia con la quantità di liquido nella bottiglia perché il volume dell’aria all’interno della bottiglia cambia. Se foste in grado di allungare il collo di vetro della bottiglia, anche questo cambierebbe la nota. Si tratta di un sistema risonante che può essere sintonizzato regolando le dimensioni della porta (il collo della bottiglia) o il volume dell’involucro (bottiglia).
Questo diffusore bass reflex ha una porta posteriore per i bassi.
Se sintonizzato correttamente, ciò che fa è creare una risonanza appena sotto il punto in cui la risposta dell’altoparlante andrebbe normalmente in crisi, estendendo effettivamente le prestazioni dei bassi del sistema. Affinché questo funzioni correttamente, l’accordatura della porta è calcolata per lo specifico driver nella specifica cassa. Se si sostituisce l’altoparlante con un tipo diverso, anche se ha lo stesso diametro del cono, l’accordo della cassa e del condotto non sarà più appropriato e non suonerà bene.
Gli altoparlanti che usano radiatori passivi lavorano sullo stesso principio di base, ma con una massa caricata, un cono non alimentato che crea la risonanza dei bassi con il volume d’aria racchiuso.
Tweeter e woofer
Ora, avrete notato che nella maggior parte degli altoparlanti, in particolare quando diventano più grandi di piccole scatole portatili, si può vedere più di un altoparlante – di solito uno di diametro minore in cima a uno più grande.
Questi altoparlanti hanno due dimensioni di driver: i tweeter sopra e i woofer sotto
Ci sono diverse ragioni per cui gli altoparlanti usano driver multipli di dimensioni diverse. Se è vero che un singolo altoparlante può coprire da solo quasi tutto lo spettro udibile, ci sono una serie di limitazioni con cui si scontra. Se l’altoparlante è piccolo non può muovere molta aria e farà fatica a generare bassi ad un livello utile.
Impara di più: Tipi di driver spiegati
Gli altoparlanti più grandi possono muovere più aria, ma il problema è che gli altoparlanti diventano più direzionali man mano che le frequenze che riproducono salgono. Questo è noto come beaming.
Quando la frequenza aumenta, la lunghezza d’onda associata diminuisce; gli altoparlanti di solito iniziano a beaming a una frequenza con una lunghezza d’onda pari al diametro del cono radiante. Questo significa che sentirai le frequenze più alte solo se sei in asse con l’altoparlante. Questo non rende un suono equilibrato o un buon altoparlante. La soluzione semplice è quella di utilizzare driver di diverse dimensioni, ognuno dei quali è fatto su misura per riprodurre una specifica gamma di frequenze – parti diverse dello spettro udibile (bassi e alti, o bassi, medi, alti).
Tofani e tweeter e porte, oh mio!
Questo concetto funziona in tandem con una rete di divisione della frequenza nella cassa del diffusore chiamata crossover. Un crossover delega la giusta gamma di frequenze a ciascun tipo di altoparlante: i tweeter per gli alti e i woofer per i bassi.
Perché vale la pena sapere come funzionano gli altoparlanti
Non è necessario conoscere la scienza dietro gli altoparlanti per essere in grado di ascoltarli e goderne. Ma se avete intenzione di spendere soldi seri in apparecchiature audio, è sempre una buona idea dotarsi prima di qualche conoscenza. Un po’ di conoscenza di base vi aiuterà a capire perché certe decisioni progettuali sono state prese, come influenzano il suono, e per aiutarvi a identificare i venditori di olio di serpente.