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Autocostruzione dei diffusori - Parte VI

Accelerazione del volume d'aria nell'altoparlante "Γ.a"
Come calcolarlo e farne uso

[English version]

L'argomento caldo di oggi: Fondamenti della progettazione di un diffusore, Parte VI
Prodotto: Equipaggio mobile di un altoparlante per diffusori
Prezzo: risoluzione musicale
Umile scriba: Mark Wheeler - TNT UK
Pubblicato: Giugno, 2011
Traduttore: Roberto D'Agosta

L'accelerazione Γ.a del volume d'aria è:

  • la forza prodotta dall'equipaggio mobile dell'altoparlante divisa dalla massa in movimento (cono, bobina magnetica, sospensioni) e moltiplicata per l'area effettiva del cono (in unità del sistema internazionale, ovviamente)
  • la densità di flusso del campo magnetico, B, moltiplicata dalla lunghezza della bobina, L, divisa per la massa totale in movimento moltiplicata per l'area del cono (espressa in m^2)
e indica la capacità del motore magnetico nell'altoparlante di muovere il cono (mentre il moto di quest'ultimo rimane quello di un pistone) e di colpirvi con la dinamica

Nella Parte V abbiamo considerato la possibilità di ottenere qualche informazione sulla risoluzione di un altoparlante usando i parametri di Thiele e Small. Siamo già giunti alla conclusione che la produzione della musica è l'aspetto più importante e, come visto nella Parte I, che il primato spetta alla conversione dell'elettricità. Ora dobbiamo considerare cosa altro possiamo estrarre da quei numeri insieme a qualsiasi altro possibile derivato. Come abbiamo visto (ma non ascoltato) nella Parte IV, le pubblicità ci offrono qualche vago suggerimento filosofico, eppure ci sono ancora alcuni aspetti che potremmo mettere a fuoco a partire dalla letteratura a disposizione. E ricordate, se i costruttori non vi forniscono specifiche tecniche complete, voi non fornite loro i vostri soldi!

Nella Parte V, abbiamo calcolato l'accelerazione del motore ma il numero che abbiamo ottenuto serve solo a suggerire quanto rapidamente il cono inizierà a muoversi partendo da fermo. Questo corrisponderebbe a sapere quali sono i tempi affinché una certa macchina raggiunga i 100 km/h partendo da fermo ma senza sapere se si tratti di una motocicletta leggera o di un pesante automezzo. D'altra parte la quantità di aria che possiamo spostare definisce le proprietà dinamiche di un altoparlante.

"Ancora l'insopportabile analogia con i motori," si lamenta il coro dalla parte sinistra del palcoscenico, "Fra un po' si unirà agli altri sibariti dell'HiFi e inizierà a parlare di elaborati orologi da polso. Continua a parlare di diffusori!"

OK, è semplice: dovete moltiplicare l'accelerazione prodotta dal motore per l'area effettiva del cono dell'altoparlante.

Γ.a

Veramente, non mi sembra ci sia nulla di complicato. Molti altoparlanti di qualità si posizionano tra Γ.a=7 e Γ.a=15. L'aver provato una selezione di coppie di altoparlanti, ognuno molto simile all'altro, ma con diversi Γ.a ha prodotto dei risultati consistenti: una differenza di Γ.a maggiore produce sempre un contrasto dinamico più grande.

Alcuni altoparlanti hanno Γ.a comparabili ma aree del cono diverse e quindi accelerazioni diverse. Questi altoparlanti hanno dinamiche simili ma differiscono in altri parametri come per esempio la risoluzione.

"Aspetta un momento..." chiede il coro, dal lato sinistro, "Quella è semplicemente un'espressione per l'efficienza relativa, giusto?"

Sarebbe connessa con l'efficienza se tutto il resto fosse lo stesso e questo spiega la tendenza dei diffusori più efficienti a suonare anche in maniera più dinamica di altri diffusori meno efficienti. Tuttavia per comprendere a fondo l'efficienza di un altoparlante ci sono molte altre considerazioni da fare, inclusa una componente di attrito nel sistema (che è possibile modellizzare in termini di resistenze in un'analogia elettrica di un diffusore se vi interessa capire la sua importanza per l'efficienza) e l'elasticità di quello che circonda il cono, per non menzionare il comportamento non lineare dell'area del cono stesso.

"Perché non ci parli del movimento non lineare del cono?", chiede il coro, "Di certo è fondamentale??"

L'equazione vale solo per quelle frequenze che il cono riproduce con un moto pistonico. Non appena il cono inizia a deformarsi (fase solitamente progettata in modo da estendere il suo limite superiore in frequenza) sia l'accelerazione Γ che l'accelerazione del volume d'aria Γ.a diventano irrilevanti. Anche se rimane un dato importante quando si cerchino degli altoparlanti.

Ho provato altoparlanti con Γ.a fino a 20 e tutti quelli con il valore maggiore eccellono in dinamica. Infatti, il costruttore di uno di quegli altoparlanti lo pubblicizzava dicendo che possedeva una "dinamica scioccante". Ho provato altri altoparlanti delle stesse dimensioni e dello stesso costruttore in diverse configurazioni di circuiti magnetici e massa del cono. Queste configurazioni erano pensate soprattutto per le necessità di alcuni progettisti che specificavano diversi allineamenti per il basso e i risultati sono stati consistenti: la dinamica è proporzionale a Γ.a e i valori tipici per questa grandezza si posizionano tra 9 e 15 per gli altoparlanti con le pretese dinamiche migliori, ma quelli con un fattore oltre 15 sviluppano una macro-dinamica decisamente più agile. Tuttavia, ci sono spesso altri compromessi da fare, come per esempio dei coni ultraleggeri di grosso diametro sono spesso associati a un grosso fattore Γ.a producendo al tempo stesso troppa colorazione per l'hifi domestico.

[Un duo dinamico]

Ma come tutto questo aiuta noi, costruttori/progettisti casalinghi?

"Ecco, o scriba! Cosa ne facciamo di tutta questa informazione?" chiede un rispettoso coro dalla parte sinistra del palcoscenico
Certo, l'esperienza con diffusori a più altoparlanti mi ha dimostrato che, per esempio in un sistema a 3 vie, tutti e tre gli altoparlanti devono avere dei valori di Γ.a abbastanza simili.

Quando uno degli altoparlanti ha un Γ.a più grande del 50% rispetto al suo vicino l'integrazione collettiva sembra collassare, con l'altoparlante più dinamico che sembra guidare il senso del tempo. Un tweeter con un Γ.a=14 incrociato con un altoparlante medio/basso con Γ.a=7 sono stati molto difficili da integrare: anche se la fase era corretta al crossover, il tweeter sembrava controllare il senso del tempo di tutto il sistema. Il problema potrebbe essere solo parzialmente ridotto facendo uso di una rete di ritardo per creare un ritardo di 90 gradi al tweeter: questa configurazione anche se tecnicamente meno accurata suonava decisamente meglio ma non era ancora sufficientemente buona e quindi scelsi un altro tweeter per accoppiarsi con quell'altoparlante.

Il problema è simile ad avere un crossover a 400 Hz tra l'altoparlante dei bassi e quello delle medie frequenze in un grosso sistema a 3 vie. Qui è il ritmo che ne soffre insieme all'identificazione dei singoli strumenti in un mix complesso o in un pieno d'orchestra molto affollato. L'accoppiata di un Γ.a alto (per esempio Γ.a=15 in un altoparlante da 250 mm) per il basso e un Γ.a inferiore (Γ.a=7 in un altoparlante da 110 mm, in un esempio reale) per le medie frequenze suona in maniera vivace e vitale ma confusa. La situazione opposta di un Γ.a intermedio per il basso (200 mm Γ.a=7) insieme a un midrange con un Γ.a moderato (165 mm Γ.a=20) suona in maniera lenta con un ritmo turgido. Entrambe queste situazioni facevano uso dello stesso amplificatore di potenza (Naim NAP110) che pilotava un crossover del 4° ordine a 400 Hz e tutti gli altoparlanti erano in grado di produrre una risposta piatta almeno due ottave lontano dalla frequenza crossover.

Abbiamo notato, nella Parte V, quanto lo spettro di accelerazioni possa essere vasto eppure questo risulta in una varietà di accelerazione del volume d'aria molto più piccola. Questo è dovuto al fatto che maggiore è l'area del cono, maggiore sarà la massa del cono stesso, a parità di materiale: questo in generale implica che la più larga area tenderà a cancellare la maggiore massa e viceversa. Per questo, nell'ambito delle offerte di diversi produttori di altoparlanti, c'è la possibilità di scegliere tra diverse dimensioni per le varie bande di frequenza a partire dallo stesso materiale per il cono e accelerazioni del volume d'aria comparabili.

Conclusione

Proprio come l'ultima volta, abbiamo imparato molto di più sul potenziale di un altoparlante studiando i suoi parametri Thiele Small e non soltanto quale allineamento del basso da usare. Possiamo scoprire quanto suono possiamo ottenere per ogni nostro Euro (che è diverso dalla quantità di rumore per dollaro - un'unità di misura dell'efficienza valida negli Stati Uniti).

Appare quindi possibile usare dei numeri per uno degli aspetti dell'integrazione di un sistema, rimuovendo di fatto tutta una serie di tentativi che avrebbe bisogno di costosi acquisti e richiederebbe molto tempo.

Con i nostri compromessi nella scelta di un altoparlante per un progetto possiamo bilanciare, non completamente alla cieca, la quantità di dinamica con le altre nostre priorità. L'essere maggiormente informati ci ha permesso di diventare dei progettisti migliori.

Musica goduta attraverso altoparlanti con alto Γ.a mentre scrivevo

Tutta, poichè gli Hammer Dynamics che sto usando offrono un Γ.a maggiore di 17

Referenze

Wheeler, M (1999), Navigating Speaker design: Sleuthing Driver Parameters, Speaker Builder 7/99

© Copyright 2011 Mark Wheeler - mark@tnt-audio.com - www.tnt-audio.com

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