Manuale per la progettazione di subwoofer in auto Mauro Moriconi

Manuale per la progettazione di subwoofer in auto Mauro Moriconi

L'ALTOPARLANTE

L'altoparlante e un dispositivo elettromeccanico, che ha la funzione di convertire il segnale elettrico proveniente dall'amplificatore, in un movimento meccanico, creando delle onde di pressione che il nostro sistema uditivo interpreta come suoni Per questo viene anche definito trasduttore. Gli altoparlanti più comuni si classificano in ortodinamici e isodinamici secondo il loro principio di funzionamento. Negli altoparlanti ortodinamici, la forza che imprime il moto al diaframma radiante è esercitata in un solo punto, perpendicolare al piano del diaframma, e solo un'accurata geometria, ed uso di materiali idonei, permette che il movimento si muova in fase. Nei sistemi isodinamici, invece, la forza e distribuita in eguale misura su tutta la superficie radiante.

Nel mondo del car-audio solamente alcuni costruttori hanno prodotto altoparlanti isodinamici. Gli ortodinamici sono sicuramente i più diffusi ed in particolare modo per la riproduzione delle frequenze basse che tratteremo in seguito. Detti altoparlanti si dividono ancora in due famiglie: a cupola e a cono secondo la forma che presenta la membrana radiante. Per quanto riguarda le frequenze basse sono esclusivamente utilizzati gli altoparlanti a cono, perciò noi tratteremo solo questi ultimi. Qui sotto potete osservare la struttura di un generico woofer: Il diaframma conico è sospeso tra due sospensioni una esterna chiamata bordo o surround e una inferiore ed interna detta centratore o spider. L'unico movimento possibile della membrana montata in questo modo, è quello assiale. La sospensione esterna può essere costruita da diversi materiali e avere vari profili. Per quanto riguarda i materiali è usato molto spesso il foam e la gomma, ma si può trovarne anche in tela trattata con materiali gommosi, in carta e carta trattata. Per la forma solitamente è ad onda dritta, ma se ne possono trovare anche ad onda rovesciata e zigrinate. La sospensione esterna contrariamente a quanto normalmente si crede non e l'unica che definisce le caratteristiche dell'altoparlante (volgarmente definito ''duro'' o ''morbido'') se non in piccola parte, bensì quell'interna chiamata centratore. Questo è dovuto al fatto che irrigidendo molto la sospensione esterna, il cono sarebbe frenato nella parte periferica, mentre la forza motrice è applicata nella parte interna, questo potrebbe creare delle forti deformazioni alla membrana con conseguenti distorsioni. La sospensione interna o è costruita per stampaggio a caldo, con un materiale simile al tessuto, cui è data una forma ondulata per permettergli una certa flessione. Anche questo è trattato con materiali a base di sostanze gommose. Il cestello ha il compito di 'tenere assieme" tutte le parti costituenti l'altoparlante, e la sua prerogativa deve essere la rigidità. E' costruito con i più disparati materiali, dal ferro alla plastica, passando attraverso le varie leghe, e le fogge più varie, pero questo, a parità di rigidità torsionale non incide sul suono, se non in minima misura (sui woofer). Collegato rigidamente al vertice del cono della membrana si trova il supporto della bobina mobile e la bobina mobile vera e propria. Il supporto deve essere molto rigido e leggero, ed in più deve sopportare temperature elevatissime raggiunte dalla bobina mobile, perciò molto spesso si usa l'allumino, ma anche kapton, micca, bachelite, carta ed altro. Il magnete e in pratica il motore" dell'altoparlante, ed anche qui i costruttori si sbizzarriscono nell'uso di magneti di vario tipo, come ferrite, alnico, neodimio, boro, stronzio ed altri al fine di ottenere un complesso magnetico il più potente possibile con il minimo volume d'ingombro. Il traferro è lo spazio che si viene a creare tra le due espansioni polari del magnete, opportunamente prolungate con flange in metallo ferromagnetico in cui si concentra tutto il flusso, e nel quale e immersa la bobina mobile. Logicamente più piccolo è questo spazio, maggiore sarà il campo magnetico e maggiore la resa e l'efficienza dell'altoparlante. Questo si può ottenere solo con lavorazioni molto accurate, in modo da non aver interferenze durante il movimento della bobina mobile, anche quando questa è dilatata dal calore. Molto spesso i woofers hanno un foro nella parte centrale posteriore, che serve a raffreddare la bobina mobile, con il pompaggio dell'aria fatto dallo stesso movimento della membrana. A volte è usato un particolare liquido chiamato ferrofluido, che è iniettato nel traferro, sempre allo scopo di

facilitare lo smaltimento del calore della bobina; questo è costituito da un olio con in sospensione una polvere di ferro finissima, che immersa nel campo magnetico, è attirata da questo, e rimane in posizione senza colare, e crea un contatto quasi "fisico " tra la bobina mobile e le espansioni polari, cosicché il calore defluisca meglio e non sia smaltito solo per irraggiamento. La bobina mobile è costituita da un avvolgimento di filo di rame o alluminio smaltato, che percorso da una tensione elettrica, crea un campo magnetico, il quale si oppone al campo magnetico permanente, creando un movimento che è trasmesso al cono vero e proprio. Anche qui le varianti della costruzione delle bobine mobili sono enormi, si va dalla sezione del filo al modo di avvolgerlo. Per quanto riguarda la sezione qualche costruttore usa del filo a sezione quadrata, rettangolare o addirittura esagonale,tutto al fine di contenere gli spazi d'aria tra una spira e l'altra. Negli altoparlanti a doppia bobina, le due bobine sono avvolte una sul lato interno, e l'altra su quello esterno del supporto, ma qualcuno usa anche alternare le spire dei due canali, o avvolgere un canale nella meta parte superiore e l'altro nella metà inferiore. Per la membrana, la scelta del materiale impiegato dipende esclusivamente dalla scelta progettuale che il costruttore ha disegnato per quel particolare elemento. Si spazia dall'alluminio al polipropilene, dalla polpa di cellulosa in tutte le sue vantanti e mescole al carbonio ecc. Qui di sotto, potete consultare uno schema che illustra il comportamento dei vari materiali, in funzione della velocità di propagazione del suono al loro interno, e del loro smorzamento.