Dall’altoparlante ignoto alla cassa finita!

Quante volte ci sono capitati fra le mani altoparlanti di cui non avevamo caratteristiche e che avremmo magari voluto impiegare in qualche diffusore. E quante volte ci siamo arrangiati con prove, misure e soluzioni empiriche. Oggi, tutto questo può essere superato con relativa facilità, eseguendo il rilievo dei parametri tipici dell’altoparlante e una progettazione assistita del diffusore.

I parametri degli altoparlanti

Per descrivere il comportamento elettrico e meccanico di un sistema tanto complesso quale un altoparlante, A. N. Thiele, membro dell'Australian Broadcasting Commission e Richard H. Small dell'università di Sydney definirono una serie di parametri che poi presero universalmente i loro nomi. Non è l’unico metodo, ma sicuramente è oggi il più utilizzato dai costruttori. Noti questi dati, è possibile oggi progettare e simulare correttamente la cassa, senza ricorrere a metodi empirici come un tempo o a tabelle predefinite nate da prove ed esperimenti. I metodi moderni di misura e progettazione con software opportuni, seppur non scevri da elementi imponderabili, evitano ai progettisti di commettere errori macroscopici.

Vediamo i principali parametri di Thiele & Small e il loro significato

Sd – è la superficie utile di emissione dell’altoparlante e si esprime in cm2. Rappresenta convenzionalmente l'area del cerchio con diametro misurato a partire da metà della sospensione dell'altoparlante.

Mms – acronimo di Moving Mass, è la massa dell'equipaggio mobile e si esprime in grammi. Indica la massa totale della parte mobile dell’altoparlante, costituita dal cono, dalle sospensioni e dalla bobina. Generalmente, una Mms elevata è tipica di un altoparlante abbastanza robusto adatto a suonare con potenze elevate in box ristretti. Una massa più pesante è più "difficile" da muovere, per contro, abbassa la frequenza di risonanza.

Cms – indica la cedevolezza meccanica delle sospensioni e si esprime in mm/N. È inversamente proporzionale alla durezza ed è un valore strettamente legato alla Vas che vedremo nel seguito, con una legge di proporzionalità diretta.

Le – indica l’induttanza della bobina mobile e si esprime in mH. Il suo valore dipende ​​ principalmente dal numero di spire che la costituiscono e dalla permeabilità magnetica dell'elemento in cui è immerso il flusso magnetico da essa generato. Il valore dell'induttanza non è costante con la frequenza. Per questo, viene di solito valutato a 1 e 10 kHz.

Re – indica la resistenza della bobina mobile e si esprime in Ohm. È il valore di resistenza misurato ai capi della bobina mobile con applicata una corrente continua. Normalmente è un poco più bassa del valore d'impedenza nominale.

Bl - indica il fattore di forza elettromeccanico e si indica in Tm (Tesla per metro). 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.

FS – indica la frequenza di risonanza di un altoparlante in aria libera e si misura in Hz. Alla Fs le oscillazioni del cono sono massime ed in concomitanza del fenomeno vi è il picco nel modulo del valore di impedenza. A grandi linee, i tweeter hanno Fs compresa fra 1000 e 3000 Hz; i medi hanno un range che può variare da 100 a 1000 Hz mentre i woofer hanno una Fs solitamente inferiore ai 200 Hz. In linea di massima la Fs indica la minima frequenza riproducibile dal driver ma ciò non significa che necessariamente dovremo spingere l'altoparlante a riprodurre suoni di frequenza pari o inferiori alla Fs del driver, anzi spesso è vero il contrario, specie nel caso di mid-range e tweeter.

Vas – acronimo di Volume Acoustic Suspension, in italiano Volume acustico equivalente, è quel volume d'aria avente la stessa cedevolezza meccanica delle sospensioni in aria libera e si misura in litri (o decimetri cubi). In linea generale il volume della cassa dovrebbe essere paragonabile al Vas. Puntualizzato che i vari parametri di un altoparlante non sono fra loro indipendenti ma contribuiscono a determinare il comportamento globale, è suggeribile scegliere altoparlanti con VAS piccoli per casse di piccole dimensioni e altoparlanti con VAS alti per casse grandi. Per semplificare possiamo affermare che montare montando ?un altoparlante con una Vas elevata in una cassa molto più piccola, la resa in gamma bassa sarebbe poco estesa e il cono "rimbalzerebbe" come spinto da una molla, a causa del ridotto volume d'aria che le sospensioni non sarebbero in grado di contrastare. Viceversa, montando un altoparlante con un VAS basso in una cassa di volume molto ampio la sua risposta sarebbe molto estesa verso le basse frequenze ma avrebbe una scarsa capacità di risposta ai transitori dato che il cono non risentirebbe dell’"effetto molla" esercitato dall'aria contenuta nella cassa.

QES – indica il fattore di merito elettrico di un altoparlante alla frequenza di risonanza, considera le sole parti elettriche e ne misura le perdite. E' un dato adimensionale, cioè privo di unità di misura, rappresentato da un numero puro.

QMS – indica il fattore di merito meccanico di un altoparlante alla frequenza di risonanza, considera le parti meccaniche e ne misura le perdite per attrito. Come il Qes, è un dato adimensionale, cioè privo di unità di misura, rappresentato da un numero puro

QTS – indica il fattore di merito totale di un altoparlante alla frequenza di risonanza, considerando sia le parti elettriche sia le parti meccaniche. Si ottiene moltiplicando fra loro il QMS ed il QES e dividendo il risultato per la loro somma. Così come i due dati prima citati, è un fattore adimensionale, cioè privo di unità di misura, rappresentato da un numero puro. Come regola di massima, fattori superiori a 0.5 sono indicati per applicazioni in cassa chiusa (sospensione pneumatica, sealed box) , valori inferiori ben si prestano invece a casse bass-reflex.

Xmax – indica la massima escursione lineare del cono, in un solo senso, ed é espressa in mm. Maggiore é questo numero e maggiore é la pressione acustica ottenibile.

Dietro ad ogni parametro appena introdotto vi è una lunga e dettagliata teoria e formule. Per chi fosse interessato ad approfondire si rimanda alla bibliografia suggerita.

Come rilevarli

Sin dalla loro definizione sono stati messi a punto vari metodi per il rilievo dei parametri T&S, spesso lenti e laboriosi. Oggi la fonte più immediata, sono i dati dichiarati dai costruttori nei cataloghi, a cui peraltro va talvolta applicata una notevole tolleranza. Ma se, come premesso, ci troviamo di fronte ad altoparlanti “ignoti” o volessimo verificare i dati forniti? ​​ 

Oltre ai vari metodi “”tradizionali” rinvenibili in bibliografia, oggi vi sono disponibili a prezzi interessanti alcuni sistemi automatici, quale ad esempio il DATS Vx, dell’americana Daytonaudio.

E’ composto da una compatta interfaccia da collegare tramite USB ad un computer, un opportuno software di misura e gestione e due cavi da collegare all’altoparlante da misurare.

Per il dettaglio di funzionamento si rimanda al manuale dello strumento.

Vediamo invece ora alcune note d’uso pratico.

Alcuni esempi pratici di rilievo dei parametri

Per vedere assieme un poco il metodo di misura ho scelto tre altoparlanti veramente “ignoti”! Nel dettaglio sono:

- Siare anni ‘70/’80 da auto, 4”, cono e sospensione in tela trattata, guarnizione sul bordo in sughero

- Marchio e modello sconosciuto, 4”, produzione sovietica, due vie, installato come primo impianto sulle vetture Lada Niva, sospensione in gomma

- Grundig, 3”, forse ricambio per qualche TV anni ‘70, cono in cartone e sospensione in gomma, generoso complesso magnetico