altoparlante
Indice
Descrizione generale
sm. [sec. XIX; alto+parlante, sul modello del francese haut parleur]. Trasduttore elettroacustico atto a trasformare in acustico un segnale elettrico, detto segnale fonico, applicato ai suoi morsetti di entrata, irradiando l'energia sonora corrispondente in un ambiente chiuso o all'aria aperta. Nei tipi normali è sostanzialmente costituito dal trasduttore propriamente detto e dal diaframma o membrana, che è l'organo vibrante. A questi organi spesso si aggiungono: il baffle, che è uno schermo fissato al diaframma, avente lo scopo di aumentare il percorso delle onde sonore dalla parte posteriore a quella anteriore, migliorando il rendimento acustico e la fedeltà dell'altoparlante; la tromba, pure fissata al diaframma, che ne aumenta nettamente l'effetto direzionale.
Caratteristiche principali
Le più importanti grandezze caratteristiche di un altoparlante sono le seguenti: la risposta assoluta o semplicemente risposta, che è la pressione sonora, o più spesso il livello di pressione sonora, misurata in camera anecoica, in un punto sull'asse dell'altoparlante, a 1 m di distanza dal trasduttore, quando l'altoparlante è alimentato con una tensione di 1 V, a una frequenza di 1000 Hz; la curva di risposta, che è il diagramma della risposta (livello di pressione sonora), fra 20 e 20.000 Hz (gli altoparlanti che danno una buona risposta alle basse e alle alte frequenze vengono spesso chiamati rispettivamente woofer e tweeter); il diagramma direzionale, ossia il diagramma polare che indica la risposta a una data frequenza in funzione della direzione rispetto all'asse di simmetria dell'altoparlante; l'indice di direzionalità, che è il rapporto, in decibel, fra la potenza sonora totale irradiata da un'ipotetica sorgente non direzionale e la potenza sonora totale irradiata dall'altoparlante, quando l'intensità sonora misurata lungo l'asse dell'altoparlante sia eguale nei due casi; il rendimento acustico, che è il rapporto fra la potenza acustica irradiata dall'altoparlante e la potenza elettrica misurata ai morsetti d'entrata; nei tipi normali senza tromba è piuttosto basso (0,01÷0,05); l'impedenza elettrica, che è l'impedenza d'entrata. Se l'organo mobile è libero, l'impedenza viene definita propriamente normale, per distinguerla dall'impedenza a organo mobile bloccato: quest'ultima è la vera impedenza elettrica, mentre la normale, che è la più importante, rappresenta la risultante dell'impedenza elettrica e dell'impedenza di trasferimento dovuta al carico acustico sull'organo mobile.
Classificazione
Il criterio di classificazione degli altoparlanti è essenzialmente costituito dal principio fisico su cui si basa il trasduttore. In ogni caso, attraverso i morsetti del trasduttore fluisce la corrente fonica, che ha la forma d'onda istantanea del segnale da trasformare in sonoro. I tipi principali di altoparlante sono i seguenti: A) altoparlanti elettrodinamici o a bobina mobile o magnetodinamici, che sfruttano la vibrazione di una bobina, solidale col diaframma, nell'interno della quale fluisce la corrente fonica. La bobina è mobile nel campo magnetico prodotto da un magnete permanente fisso; sono detti anche altoparlanti magnetodinamici e sono quelli di più largo impiego. La curva di risposta è regolare, cioè relativamente piatta, in una banda di frequenza la cui larghezza dipende dalle dimensioni dell'altoparlante, decrescente al crescere di queste. Il limite inferiore della banda è la frequenza di risonanza meccanica del diaframma. Le proprietà direzionali di questo tipo di altoparlante sono assai variabili con la frequenza; la potenza sonora emessa è crescente con le dimensioni. B) Altoparlanti a condensatore o elettrostatici, nei quali l'organo vibrante è una delle armature di un condensatore piano ed è costituito da un foglio sottile di materiale plastico con una faccia metallizzata o rivestita da un foglio metallico. Per il suo funzionamento è necessario applicare fra le due armature una tensione continua di polarizzazione, che può raggiungere 1000 V. Questo altoparlante ha una curva di risposta soddisfacente, in un campo di frequenze il cui limite inferiore è la frequenza di risonanza meccanica dell'armatura mobile; dato l'elevato valore di questa, l'altoparlante funziona bene a frequenze elevate. C) Altoparlanti magnetici o a ferro mobile o elettromagnetici, costituiti da una membrana vibrante solidale con un'armatura di ferro dolce, immersa in un campo magnetico prodotto da un elettromagnete, alimentato dalle correnti foniche. D) Altoparlanti piezoelettrici o a cristallo, nei quali la corrente fonica produce la deformazione di un cristallo piezoelettrico (vedi piezoelettricità) solidale con la membrana vibrante. E) Altoparlanti a magnetostrizione, che sfruttano la magnetostrizione, analogamente a quelli del tipo precedente.
Altoparlanti speciali
Particolarmente interessanti sono gli altoparlanti a effetto corona e gli altoparlanti elettropneumatici. Gli altoparlanti a effetto corona o a ionizzazione o ionofoni si basano sulla modulazione con il segnale fonico di un segnale a radiofrequenza atto a determinare l'effetto corona attorno a uno dei due elettrodi, posto in una cameretta di quarzo, fra i quali detto segnale viene applicato. La modulazione col segnale fonico varia l'intensità dell'effetto corona; l'aria nella cameretta di quarzo, in connessione con una tromba, viene sollecitata a comprimersi e a rarefarsi in accordo con il segnale fonico; dalla tromba esce quindi un'onda sonora la cui forma temporale è quella del segnale. L'altoparlante a effetto corona ha il pregio di una curva di risposta orizzontale a frequenze anche piuttosto elevate, superiori a 20.000 Hz, ossia nel campo inferiore degli ultrasuoni. Gli altoparlanti elettropneumatici possono essere considerati delle speciali sirene. Sono stati studiati per poter generare suoni di livello di pressione sonora assai alto, superiore a 140 dB, necessari per la prova di materiali alla fatica acustica. Il principio di funzionamento consiste nell'imprimere una variazione periodica di velocità a un flusso d'aria continuo a velocità assai alta, dell'ordine di decine di metri al secondo, che in tal modo diventa pulsante. Questa variazione periodica è ottenuta con vari metodi: uno di essi consiste nell'imprimere un moto rotatorio a un disco forato, posto trasversalmente al flusso e contrapposto a un disco adiacente fisso, forato nello stesso modo. Il moto relativo dei dischi è ottenuto mediante un dispositivo elettromagnetico alimentato da una corrente di frequenza uguale a quella acustica da generare.
Dispositivi particolari
Si è visto che lo schermo acustico o baffle costituisce il più semplice artificio atto a impedire l'interferenza fra le onde sonore prodotte dalla parte anteriore con quelle prodotte dalla parte posteriore dell'altoparlante. L'efficacia del baffle è però legata alla frequenza; a basse frequenze occorrerebbero dei baffles di dimensioni eccessive. Si ricorre allora ad altri dispositivi. La cassetta aperta, con l'altoparlante montato sulla parete opposta all'apertura, è il dispositivo più semplice, che ha l'inconveniente di alterare la curva di risposta in relazione alle risonanze dovute al volume della cassetta. La cassetta chiusa è utilizzabile per altoparlanti di grandi dimensioni, per basse frequenze, anche se aumenta la frequenza limite inferiore in relazione alla cedevolezza acustica corrispondente al volume interno. L'invertitore acustico di fase, bass reflex, è una cassetta munita di un'apertura dalla stessa parte dell'altoparlante, tale che la risultante delle radiazioni emesse dalla parte anteriore e posteriore dell'altoparlante dia luogo a una curva di risposta pressoché orizzontale in una ristretta banda di basse frequenze. Il labirinto acustico si basa sullo stesso principio, ma nella cavità interna sono disposti dei setti divisori, sicché l'effetto correttivo si sposta verso frequenze più elevate. L'applicazione di una tromba all'altoparlante ha invece sostanzialmente lo scopo di aumentare notevolmente l'indice di direzionalità, poiché la tromba, opportunamente proporzionata, costituisce un buon adattatore d'impedenza fra l'impedenza di radiazione corrispondente al carico esterno e l'impedenza meccanica del diaframma. Anche il rendimento acustico ne risulta nettamente aumentato, fino a 0,1÷0,2. § L'accoppiamento di più altoparlanti, alimentati in parallelo, può dare numerosi vantaggi. Dovendo irradiare una data potenza sonora, spesso conviene suddividerla fra più altoparlanti di medie o piccole dimensioni, anziché concentrarla in un unico altoparlante di grandi dimensioni, per non avere una cattiva risposta alle frequenze medie e alte. Inoltre, disponendo paralleli gli assi degli altoparlanti, si può aumentare la direzionalità. Quando invece occorre alta fedeltà in una larga banda di frequenza, si può suddividere la banda su due o tre altoparlanti (mediante filtri passabanda) ciascuno particolarmente fedele in una data banda. Lo stesso problema può essere risolto mediante altoparlanti detti coassiali, costituiti da due o talvolta tre trasduttori distinti, con diaframmi distinti, montati sullo stesso asse e alimentati, come i precedenti, con filtri passabanda intermedi.