La riproduzione sonora fedele e di alta qualità è il risultato di un'attenta progettazione e di una profonda comprensione dei principi fisici che governano il comportamento degli altoparlanti. Al centro di questa comprensione vi sono i parametri di Thiele & Small, un insieme di misurazioni fondamentali che descrivono in modo pratico come un altoparlante reagisce e si comporta. Questi parametri, studiati e introdotti da A. N. Thiele, membro dell'Australian Broadcasting Commission, e Richard H. Small dell'Università di Sydney, sono indispensabili per progettisti e appassionati che desiderano ottenere il massimo dalle proprie configurazioni audio.
Parametri Meccanici: Il Cuore Fisico dell'Altoparlante
I parametri meccanici offrono una visione dettagliata della struttura fisica e della risposta dell'altoparlante.
Sd - Superficie di Emissione
La Sd, o Superficie di emissione, è un valore espresso in cm². Rappresenta convenzionalmente l'area del cerchio con diametro misurato a partire da metà della sospensione dell'altoparlante. Questa misurazione è cruciale poiché determina l'efficienza con cui l'altoparlante può spostare l'aria e, di conseguenza, generare pressione sonora. Una superficie di emissione maggiore è generalmente associata a una maggiore capacità di spostamento dell'aria e, quindi, a una maggiore produzione di basse frequenze.
Mms - Massa dell'Equipaggio Mobile
La Mms, o Massa dell'equipaggio mobile, è espressa in grammi (g). Esprime la massa dell'equipaggio mobile, che è costituito dal cono, dalle sospensioni e dalla bobina. Dipende direttamente dai materiali utilizzati per realizzare l'altoparlante. Generalmente, una Mms alta indica un altoparlante abbastanza robusto adatto a suonare con potenze elevate in box ristretti. Una massa più pesante è più "difficile" da muovere, perciò servirà una maggiore potenza per farle compiere l'escursione necessaria a generare pressione. Questo parametro influisce direttamente sulla frequenza di risonanza dell'altoparlante e sulla sua capacità di risposta ai transienti.
Cms - Cedevolezza Meccanica delle Sospensioni
La Cms, o Cedevolezza meccanica delle sospensioni, è espressa in metri per Newton (m/N). Esprime la cedevolezza meccanica delle sospensioni ed è inversamente proporzionale alla durezza. Questo valore è strettamente legato alla Vas, con una legge di proporzionalità diretta. Una sospensione molto cedevole ha il pregio di abbassare la frequenza di risonanza e di seguire più agevolmente il segnale musicale a bassa frequenza. Per quanto riguarda la tenuta in potenza, sono proprio i woofer con sospensioni molto cedevoli che sopportano alte escursioni del cono, con il vantaggio di avere bassa distorsione proprio perché le sospensioni, essendo molto cedevoli, hanno limiti meccanici molto più ampi di quelle meno cedevoli. La cedevolezza delle sospensioni è un fattore chiave per la dinamica e la qualità del suono riprodotto.
Parametri Thiele & Small misuriamoli insieme
Parametri Elettrici: L'Interfaccia con l'Elettronica
I parametri elettrici descrivono come l'altoparlante interagisce con il segnale elettrico proveniente dall'amplificatore.
Le - Induttanza della Bobina Mobile
La Le, o Induttanza della bobina mobile, è espressa in millihenry (mH). È il valore di induttanza misurato ai capi della bobina mobile con applicata una sinusoide di una frequenza standard, dipendente dal tipo di altoparlante. L'induttanza è una proprietà specifica della bobina, legata alle sue caratteristiche fisiche: il numero di spire che la costituiscono e la permeabilità magnetica dell'elemento in cui è immerso il flusso magnetico da essa generato. Un'induttanza elevata può influenzare la risposta in frequenza dell'altoparlante, in particolare alle alte frequenze, causando una attenuazione.
Re - Resistenza della Bobina Mobile
La Re, o Resistenza della bobina mobile, è espressa in Ohm (Ω). È il valore di resistenza misurato ai capi della bobina mobile con applicata una corrente continua. Questo parametro rappresenta la resistenza ohmica intrinseca dell'avvolgimento della bobina e gioca un ruolo nel calcolo della potenza dissipata dall'altoparlante.
Bl - Fattore di Forza Elettromeccanico
Il Bl, o Fattore di forza elettromeccanico, è misurato in Tesla-metri (T∙m). Indica la forza del campo magnetico tra i poli del magnete. Generalmente, più il fattore di forza è alto, maggiore sarà la sensibilità/efficienza dell'altoparlante. Per essere precisi, dobbiamo specificare che questo prodotto è la risultante della moltiplicazione tra il flusso del circuito magnetico e la lunghezza del filo della bobina contenuto nello stesso, il primo espresso in tesla ed il secondo espresso in metri. Un valore di Bl elevato è indicativo di un motore potente in grado di controllare efficacemente il movimento del cono.
Parametri Risonanti e di Carico: Il Comportamento del Sistema
Questi parametri descrivono il comportamento dell'altoparlante in relazione alla sua risonanza e al suo ambiente di carico.
Fs - Frequenza di Risonanza in Aria Libera
La Fs, o Frequenza di risonanza in aria libera, è espressa in Hertz (Hz). È la frequenza di oscillazione alla quale l'altoparlante, se posto in aria libera, entra in risonanza. Le oscillazioni del cono sono massime e a questa frequenza, l'impedenza dell'altoparlante è massima. Ovviamente, un tweeter avrà una frequenza di risonanza maggiore di quella di un woofer e così via. La Fs è un indicatore cruciale delle prestazioni a bassa frequenza dell'altoparlante.
Vas - Volume Acustico Equivalente
Il Vas, o Volume acustico equivalente, è espresso in litri. È il volume d'aria che ha la stessa cedevolezza meccanica delle sospensioni (Cms). Siccome più il volume è grande, più l'aria è facilmente comprimibile, altoparlanti con Vas alto hanno Cms elevata e viceversa. Il valore non è inoltre vincolante nel senso che la cassa acustica in cui viene fatto lavorare l'altoparlante non deve necessariamente avere lo stesso volume del Vas. È però altresì vero che se un altoparlante con Vas elevata viene incassato in un volume molto inferiore a quello equivalente, la risposta in frequenza sarà molto ristretta, smorzata e povera in basse frequenze, poiché l'altoparlante non riuscirà quasi per niente a comprimere/decomprimere l'aria all'interno della cassa, e quindi a generare pressione all'esterno. Al contrario, se un altoparlante con Vas bassa viene fatto suonare in un volume molto elevato, si avrà una risposta molto estesa ma anche una notevole perdita di controllo dell'altoparlante, che risulterà in una perdita di dettaglio sonoro, dovuta al fatto che le sospensioni dell'altoparlante non vengono adeguatamente "frenate" dall'aria durante la loro escursione. La scelta del volume della cassa è, quindi, critica per ottimizzare le prestazioni dell'altoparlante.
Qms - Fattore di Merito Meccanico
Il Qms è un fattore di merito Q di un altoparlante alla frequenza di risonanza, che considera le perdite meccaniche di energia. Questo valore adimensionale indica l'efficienza con cui l'energia viene immagazzinata e dissipata dal sistema meccanico dell'altoparlante. Un Qms elevato suggerisce un sistema meccanico ben smorzato.
Qes - Fattore di Merito Elettrico
Il Qes è un fattore di merito Q di un altoparlante alla frequenza di risonanza, che considera le perdite elettriche di energia. Analogamente al Qms, questo valore adimensionale riflette l'efficienza con cui l'energia elettrica viene convertita in movimento meccanico e quanta energia viene dissipata come calore.
Qts - Fattore di Merito Totale
Il Qts è anch'esso un valore adimensionale, rappresentato da un numero puro, ottenibile a partire dai valori di Qms e Qes. Questo numero è, in estrema sintesi, un'espressione del comportamento dell'altoparlante in aria libera. Qts inferiori a 0,5 sono propri degli altoparlanti appositamente studiati per un caricamento in reflex. Il Qts è un parametro fondamentale per la scelta del tipo di cassa acustica (chiusa, reflex, bandpass, ecc.) più adatta a un determinato altoparlante.
Caratteristiche Elettriche e di Performance
Questi parametri forniscono informazioni pratiche sull'impedenza, la sensibilità e la capacità di gestire la potenza dell'altoparlante.
Impedenza Nominale
L'impedenza nominale, di solito 4, 8 o 16 Ohm (Ω), rappresenta il valore di impedenza minima raggiunta nella curva caratteristica dell'altoparlante. Tale curva ha andamento irregolare, che ha un picco in corrispondenza della frequenza di risonanza Fs, decresce progressivamente e quindi cresce di nuovo con l'aumentare della frequenza. Questo valore è importante per la compatibilità con gli amplificatori, poiché un'impedenza non corrispondente può causare problemi di carico e prestazioni subottimali.
Xmax - Escursione Massima Lineare
L'Xmax, o Escursione massima Lineare, è espressa in millimetri (mm). Indica la distanza massima percorribile dal cono (in una sola direzione) prima che la bobina mobile esca dal traferro. Un Xmax elevato consente all'altoparlante di spostare un maggiore volume d'aria, contribuendo a una maggiore estensione delle basse frequenze e a una minore distorsione ad alti livelli di pressione sonora.
Frequenza di Risonanza del Sistema
Si distinguono due principali frequenze di risonanza del sistema: la frequenza di risonanza di un sistema in cassa reflex (Hz) e la frequenza di risonanza di un sistema in cassa chiusa (Hz). Questi valori indicano la frequenza alla quale il sistema altoparlante-cassa risuona, influenzando direttamente la risposta in frequenza complessiva.
Efficienza
L'efficienza è espressa in percentuale. Rappresenta il rapporto tra la potenza elettrica attiva immessa e la potenza acustica attiva ottenuta. Un'alta efficienza permette, a parità di potenza applicata, di avere maggiore pressione sonora. Tuttavia, generalmente, altoparlanti molto sensibili richiedono grandi volumi di carico poiché hanno Cms e quindi Vas alte. L'efficienza è un indicatore della "facilità" con cui un altoparlante può convertire la potenza elettrica in suono.
Sensibilità
La sensibilità è espressa in dBSPL (decibel Sound Pressure Level). È il livello di pressione riferito a un metro, ottenuto sull'asse preferenziale di radiazione in camera anecoica applicando ai morsetti dell'altoparlante una tensione di 2,83 Vrms. Il valore di tensione standard è 2,83 volt poiché, applicati ad un altoparlante con impedenza nominale di 8 ohm (valore che negli impianti Hi-Fi casalinghi è standard), corrispondono a 1 watt di potenza elettrica continua. La sensibilità è un parametro chiave per valutare quanto "forte" suonerà un altoparlante con una data potenza in ingresso.
L'Amplificatore: Il Compagno Indispensabile dell'Altoparlante
L'amplificazione è un elemento imprescindibile della catena audio, in qualsiasi situazione e applicazione. Un amplificatore è un dispositivo elettronico che aumenta la potenza di un segnale audio. Un amplificatore può essere utilizzato, ad esempio, dal vivo, per consentire al pubblico di un concerto di udire l'uscita del mixer nel quale confluiscono i segnali dei vari strumenti. Può essere utilizzato in studio o sul palco per consentire al segnale (molto basso) di un microfono di raggiungere il livello correttamente interpretabile dal mixer (in questo caso si parla di preamplificatore). Può essere utilizzato come convertitore di impedenza per adattare il segnale di un microfono (spesso con altissime impedenze) o di uno strumento elettrico (D.I.).
Parametri Thiele & Small misuriamoli insieme
Funzionamento Base dell'Amplificatore
La base del funzionamento di molti amplificatori risiede nei transistor. Con una tensione di controllo alla base del transistor, è possibile creare una variazione nella resistenza tra collettore ed emettitore, proporzionale alla tensione di controllo ma molto maggiore. Questo processo permette di amplificare il segnale in ingresso. Il rumore è dovuto alla circuiteria stessa e può essere più o meno presente nel segnale in uscita a seconda di come è progettata e costruita la circuiteria stessa. Se l'amplificatore ha un'alimentazione di 24 volt, ciò vuol dire che la massima tensione in uscita possibile sarà di 24 volt. Un esempio di amplificatore dedicato può essere un preamplificatore a 4 canali, o meglio, potremmo dire 4 preamplificatori gemelli in un unico blocco.
Gestione del Calore e Tipologie di Amplificatori
Nell'uso di un amplificatore di potenza va tenuto conto della produzione di calore di quest'ultimo, in particolare per le apparecchiature a transistor. Il calore generato deve essere dissipato efficacemente per garantire la stabilità e la longevità dell'apparecchio. Esistono anche tipologie di amplificatori speciali come i VCA (Voltage Controlled Amplifier). Il VCA non ha (come gli amplificatori visti finora) un livello in output proporzionale al livello di input; il livello è invece funzione di una tensione continua, tra 0 e 5 volt, applicata all'input di controllo del VCA.
Altoparlanti e Casse Acustiche: Sfide di Progettazione e Ottimizzazione
La scelta e l'integrazione di un altoparlante in una cassa acustica rappresentano una delle sfide più significative nella progettazione audio. Non è il progetto realizzato intorno all'altoparlante, solitamente si fa il contrario. Molte volte, gli altoparlanti vengono installati in spazi preesistenti, come in un'automobile, dove il volume a disposizione è limitato.
Il Caso del Woofer da 16.5 cm in Cassa Chiusa
Consideriamo il caso di un woofer da 16.5 cm o giù di lì con ingombro minimo per una cassa chiusa che non so se arriva a 5 litri. Un sedici in cassa chiusa di 5 litri con fonoassorbente può sembrare una limitazione. Non è il box costruito intorno all'altoparlante, è l'altoparlante che è stato infilato in un box che non poteva essere di dimensioni diverse. In tali situazioni, i progetti vengono studiati attentamente. Se non era adatto alla "situazione" lo avrebbero inserito in un progetto diverso, speriamo.
Ad esempio, un woofer come il Ciare CW171C in una cassa di piccole dimensioni avrà una enfatizzazione sugli 80-100 Hz, che è quello che serve per le esplosioni da film. Se, come per la maggioranza, poi ci si mette il sub, ecco che quel progettino Ciare diventa intelligente anche per un'altra serie di motivi. Pensando ai CW171C in porta in 5 litri, si presenta una situazione simile, ma anche peggiore, perché gli 80-100 Hz saranno ancora più enfatizzati per l'ambiente più piccolo dell'auto. Se li si ascolta da soli, il basso sarà lungo, gommoso e enfatizzato. Se ci si aggiunge il sub, per linearizzare i CW171C gli si dovrà dare un passalto a spanne sui 100-120 Hz e quindi un passabasso sul sub sugli 80-100 Hz.
Per fare un ottimo impianto audiocar, i 16 cm non è che bisogna metterli per forza in cassa chiusa. Purtroppo, in macchina si hanno tante di quelle problematiche che in molti casi ci si deve accontentare. Al massimo, si possono provare a vedere altri woofer.
Compromessi e Soluzioni Alternative
La necessità di un diffusore da parete per HT o per sonorizzare locali tipo bar ecc. mantenendo ingombri minimi può portare a compromessi. Si può usare un woofer da 16,5 cm che entri in uno spessore di 4 cm? Sì, con un modello compatto come il 171 compak. In quel volume, come si comporta? Arriva fino a 100 Hz e con un'esaltazione a quelle frequenze. Questo può andar bene per un diffusore da parete per HT, dove l'enfatizzazione a 80 Hz può essere accettabile.
In un contesto dove lo spazio è limitato, si potrebbe considerare un sistema a tre vie più un sub. Se si ha già un sub, si può fare un tre vie secco e incrociare il sub direttamente ad un mid che scenda attorno ai 200 Hz. Un'alternativa è passare a un due vie più sub "secco".
Per quanto riguarda la scelta dei componenti, si può considerare l'utilizzo di un mid-woofer da 16 cm in una predisposizione da 16 cm in 4-5 litri, incrociandolo con un tweeter poco più in alto e con i woofer in porta sui 120-150 Hz. Questo permetterebbe facilità di taratura e un grande impatto con i mid da 16 cm. È sempre consigliabile scegliere altoparlanti di costruttori che forniscono tutti i parametri e le risposte in frequenza e impedenza a disposizione. Si possono anche considerare altoparlanti da 13 cm, come il Tec SQ5 o un Ciare CW135A. La scelta finale dipende sempre dal resto dell'impianto, inclusi i tweeter.
