L'altoparlante: una analisi tecnica
Il comportamento dell' altoparlante (e dei sistemi acustici in genere) viene esaminato nei suoi tre aspetti fondamentali, ovvero ACUSTICO, ELETTRICO e MECCANICO, per mezzo di tre modelli schematici.
Tali modelli prendono il nome di circuiti equivalenti ed in essi sono considerati tutti gli elementi indispensabili (con grado di accuratezza più o meno ampio) per l' analisi degli effetti prodotti nello specifico campo di osservazione; le singole parti fisiche che costituiscono un altoparlante sono considerate in ciascuno dei tre circuiti equivalenti e sono in stretta correlazione tra loro, ciò consente un rapido passaggio tra gli elementi dei diversi modelli.
Per la rappresentazione schematica si utilizzano i componenti propri dell' elettronica (generatori, resistenze, capacità ed impedenze): restano così validi tutti i metodi di risoluzione dei circuiti elettrici, ovviamente le grandezze di un modello hanno unità dimensionali differenti dalle rispettive presenti negli altri due.
|
acustico |
elettrico |
meccanico |
resistenza |
Ohm acustici |
Ohm |
Ohm Meccanici |
capacità |
|
Farad |
|
induttanza |
|
Henry |
|
|
pressione |
tensione [V] |
forza [N] |
|
velocità di volume |
corrente [I] |
velocità |
* Elementi dei circuiti equivalenti dell' altoparlante
(vedi schemi per le formule di calcolo dei singoli elementi)
* circuito equivalente acustico
Pg generatore acustico (pressione)
Rae resistenza associata a Re ed Rg
Ras resistenza dovuta agli atriti delle sospensioni
Rat resistenza acustica totale (Rae+Ras)
Mas induttaza dovuta alla massa delle parti in movimento (compreso il carico di aria)
Cas capacità dovuta alla cedevolezza delle sospensioni dell' altoparlante
U velocità di volume della massa di aria messa in movimento
* circuito equivalente elettrico
Eg generatore elettrico (tensione)
Re resistenza in continua della bobina dell' altoparlante
Rg resistenza interna del generatore e qualunque altra resitenza elettrica posta in serie allo altoparlate
Res resistenza dovuta agli atriti delle sospensioni
Cmes capacità dovuta alle masse in movimento
Lces induttanza dovuta alla cedevolezza delle sospensioni
I intensità di corrente circolante [A]
* circuito equivalente meccanico
Pg forza applicata
Rms resistenza dovuta agli atriti delle sospensioni
Rmt resistenza meccanica totale (Rg+Re+Rms)
Mms massa meccanica in movimento (copreso il carico di aria, per altro trascurabile)
Cms capacità dovuta alla cedevolezza delle sospensioni dell' altoparlante
u velocità lineare dell' equipaggio mobile
Parametri principali di un altoparlante:
re |
[ohm] |
resistenza in corrente continua della bobina dell' altoparlante |
pe |
[watt] |
potenza elettrica sopportabile dalla bobina |
le |
[henry] |
induttaza della bobina dell' altoparlante |
Sd |
|
superficie di emissione dell' altoparlante |
Vd |
|
volume d’aria spostabile dal cono |
d |
[m] |
Diametro di emissione dell' altoparlante |
xm |
[m] |
escurione massima di picco del cono |
Mms |
[kg] |
massa mobile (cono e bobina) |
Cms |
[m/N] |
cedevolezza delle sospensioni del cono ( compilanza meccanica) |
Vas |
|
volume d’ aria equivalente alla cedevolezza delle sospensioni |
bl |
[T/m] o [N/A] |
fattore di forza |
fs |
[Hz] |
frequenza di risonanza |
qts |
[ ] |
fattore di merito totale |
qes |
[ ] |
fattore di merito elettrico |
qms |
[ ] |
fattore di merito meccanico |
eta |
[ ] |
efficienza dell’ altoparlante |
dBw |
[dB] |
Sensibilità con 1 watt |
dBv |
[dB] |
Sensibilità con 2.83 volt (1 watt su 8 ohm) |
Essendo i vari parametri tra di loro indipendenti si possono considerare solo i seguenti:
Sd, xm, Fs, re, mms, qms, qes, le, pe
e ricavare i rimanenti dalle sequenti relazioni:
Circuito equivalente elettrico:
Circuito equivalente acustico:
* Sensibilità (livello acustico di riferimento)
E' il livello a cui la curva di risposta tende (asintoto orizzontale) al di sopra di una certa frequenza (per i woofer circa 1kHz.)
Osservando il circuito equivalente acustico si nota che al crescere della frequenza F l' impedenza di Mas diviene sempre più grande tendendo all' infinito, mentre quella di Cas tende a zero (1/sCas). Da una certa F in poi Rat diverrà trascurabile rispetto a sMas, pertanto l' impedenza totale del circuito potrà essere approssimata a sMas (s=j ; = *F).
La pressione acustica generata vale:
passando al modulo:
Il livello in dB diventa quindi:
posto r=1 m
il livello con 2.83v diventa:
* Nota:
Negli schemi seguenti il circuito elettrico e acustico dell’ altoparlante non è più riportato, agli schemi parziali indicati andranno aggiunte (collegandoli ai terminali liberi presenti alla sinistra degli schemi) le seguenti parti:
Circuito acustico:
Circuito elettrico:
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