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Nuove tecnologie: altoparlanti XL

 

 

Analizziamo i punti fondamentali relativi all’altoparlante:

Le convinzioni attualmente diffuse sulla conversione elettro-meccano-acustica che si verifica in un altoparlante sono più o meno queste:

  1. La grandezza elettrica in ingresso è la tensione ai morsetti;
  2. grandezza acustica ? che cos’è?
  3. elementi meccanici ? ma chi se ne frega!

Relativamente al punto 1, sarebbe probabilmente più opportuno considerare come grandezza di ingresso la corrente, dato che è questa che fornisce la forza che fa muovere la membrana; per quanto riguarda i punti 2 e 3, si deve considerare che – purtroppo – la conoscenza che molti hanno dell’altoparlante è estremamente superficiale.

La questione della corrente circolante nell’altoparlante riveste grandissima importanza, tanto da richiedere una trattazione approfondita in altra sede. Qui ci si propone invece di esaminare le questioni meccaniche che interessano il moto di un altoparlante, cercando di renderle accessibili a tutti, o quantomeno al maggior numero di persone possibile, anche a costo di sacrificare la precisione (è decisamente più facile fare una trattazione rigorosa - comprensibile da poche persone in tutto il mondo - che cercare di trasmettere informazioni destinate ad essere comprese da tutti).

Facciamo riferimento ad un altoparlante elettrodinamico con l’usuale forma conica della membrana, come in figura:

 

 

La parte in movimento (equipaggio mobile) è costituita dalla membrana e dalla bobina mobile, cui si aggiungono gli elementi elastici : come noto, infatti, la membrana oscilla essendo legata al cestello in due punti: superiormente tramite la sospensione esterna, detta anche bordo (surround), inferiormente mediante il centratore (spider). Queste due sospensioni in parte appartengono ad un sistema fisso (il cestello), in parte ad un sitema mobile (l’assieme membrana + bobina).

L’insieme membrana + bobina è caratterizzato - da un punto di vista meccanico - principalmente da due parametri: la rigidezza e la massa. Per quanto riguarda la massa, si può facilmente considerare che la massa totale è la somma delle due masse di membrana più bobina (più, a voler essere pignoli, qualche milligrammo di colla per la giunzione degli stessi). Per quanto riguarda invece la rigidezza, il discorso è decisamente più complesso, in quanto dipende non solo dalla rigidezza dei singoli componenti (cioè di membrana e bobina), ma anche e soprattutto dal loro accoppiamento (cioè dalla forma e dalla tolleranza dell’innesto tra i due, dal tipo di collante impiegato, dall’altezza e dallo spessore della giunzione, ecc.).

Per gli scopi della presente esposizione, ammetteremo che la giunzione sia perfettamente rigida, sicchè considereremo il sistema bobina + membrana un pezzo unico (il che ovviamente non è vero in assoluto, ma nel caso specifico ci si va ragionevolmente vicino).

Pertanto, d’ora in poi considereremo il sistema bobina + membrana come un’unica entità, dotata di un’unica massa e di un’unica rigidezza. In prima approssimazione, considereremo inoltre la rigidezza di tale sistema infinita; ciò è chiaramente ben lontano dal vero, tuttavia, la questione non ha molta importanza per frequenze abbastanza basse; in buona sostanza, si consideri che la rigidezza ha importanza vieppiù maggiore quanto maggiore è la frequenza in gioco. Pertanto, tutto quanto segue è sensato finchè la frequenza non oltrepassa determinati valori: questi possono essere stimati in qualche kHz per quanto riguarda l’accoppiamento bobina-membrana e in alcune centinaia di Hz per quanto riguarda la membrana stessa.

Ammesso quindi che la rigidezza sia infinita, le caratteristiche del sistema bobina + membrana possono essere assimilate semplicemente alla somma delle masse dei due componenti. Per chi avesse perso il filo, tutte le considerazioni che seguono sono sostanzialmente valide per frequenze sotto i 1000 Hz (fondamentali in quanto contengono la grande maggioranza del segnale musicale). In base a quanto esposto, la parte mobile dell’altoparlante può essere schematizzata nel disegno seguente:

 

 

in cui si vedono le parti fondamentali :

 

Come si è già detto, tale parte mobile è ancorata al cestello; supponiamo che la struttura di supporto (il cestello) sia infinitamente rigida.

Analizzando finalmente il moto dell’ equipaggio mobile, nelle ipotesi succitate, detta M la massa in movimento, Ki la rigidezza del centratore, Ko la rigidezza del bordo, si ottiene la seguente situazione:

 

Lo schema indica che la membrana vibra sospesa tra le due sospensioni, ognuna delle quali possiede una sua rigidezza (o cedevolezza, che è l’inverso).

Semplificando il più possibile, l’equazione di moto del sistema è:

F - ki x - ko x = m a

oppure

F - (Ki+Ko) x = m a

dove x è lo spostamento, a l’accelerazione e F = B L I è la forza applicata.

La prima considerazione da fare è che la rigidezza delle sospensioni si oppone al moto; quindi più le sospensioni sono rigide, minore è l’accelerazione. Si vede anche che l’accelerazione è massima nel punto di riposo della membrana - cioè per spostamento nullo (x = 0) - e diminuisce man mano che lo spostamento aumenta. I due casi limite si verificano quando la rigidezza delle sospensioni è molto alta (al limite infinita) e quando è molto bassa (al limite nulla). Nel primo caso non si ha alcun movimento, nel secondo si ottiene invece un’accelerazione costante; è chiaro che nessuno dei due casi ha senso in pratica. Nei casi reali, comunque, è chiaro che una bassa rigidezza (o un’elevata cedevolezza) favorisce l’accelerazione.

Nell’equazione precedente non abbiamo considerato la resistenza al moto costituita dall’aria, (che è di tipo viscoso e quindi proporzionale alla velocità invece che allo spostamento) per non complicare ulteriormente le cose. Infatti, l’equazione è già una notevole semplificazione rispetto alla realtà, dato che abbiamo idealizzato il comportamento delle sospensioni, assumendo che siano lineari, cosa che invece non è; inoltre si deve considerare che la forza applicata non è parallela allo spostamento. Vediamo di chiarire subito quest’ultimo punto facendo riferimento alla figura sottostante, in cui è raffigurato un tipico circuito magnetico di un altoparlante.

 

Come si vede, le linee di flusso del campo magnetico non sono perfettamente orizzontali ed equispaziate - come invece dovrebbe essere - a causa della conformazione del circuito magnetico. La conseguenza di ciò (essendo la forza perpendicolare alle linee di flusso) è che la forza risultante non è lineare e nemmeno perfettamente assiale, ma presenta componenti in direzione diverse che tendono a deformare l’equipaggio mobile invece di contribuire alla spinta. Questo è un problema che interessa - più o meno - praticamente tutti gli altoparlanti ed è fonte di udibile distorsione.

Tuttavia, il problema principale è legato alla non-linearità delle sospensioni. Nell’equazione precedente si è infatti considerato che la forza sia proporzionale allo spostamento, cioè F = k x, che è la relazione valida per una molla perfettamente elastica. Come noto, la forza esercitata da una molla è contraria allo spostamento; ovvero, se si comprime una molla, si deve esercitare una forza tanto più grande quanto più si cerca di comprimerla. Stesso discorso se invece si cerca di allungarla. La relazione F = k x esprime proprio questo: se voi cedete energia ad una molla, questa la immagazzina (ed è quindi in grado di renderla) proporzionalmente allo spostamento compiuto. Tradotta graficamente, questa relazione assume l’aspetto riportato nel grafico seguente:

 

Il rapporto k = F/x è costante e - nell’esempio proposto - è pari a 2: infatti, come si vede, per spostamento 5 la forza vale 10, per spostamento 3 la forza vale 6 e così via. Questo è il comportamento di una molla ideale, in cui il valore della costante elastica (k) è costante, cioè non dipende dallo spostamento. Ovviamente, lo stesso vale se consideriamo il suo inverso, cioè la cedevolezza: C = x/F = 0.5 è una costante. Rappresentando questa relazione graficamente, otteniamo il seguente grafico:

Questo è il caso ideale; cosa accade invece nel mondo reale? Se andiamo a misurare la cedevolezza di un altoparlante, otteniamo un grafico simile a questo:

In questo grafico sono stati considerati sia gli spostamenti positivi sia quelli negativi (ovvero sia quando la membrana si muove in fuori, sia quando si muove in dentro).

Si notano subito due cose:

  1. La cedevolezza è tutt’altro che costante;
  2. La variazione non è nemmeno simmetrica (è diversa per spostamenti positivi e negativi).

I valori misurati si riferiscono ad un ottimo altoparlante a corsa lunga.; è utile precisarlo affinchè non si pensi che le cose vadano sempre così bene (dovrebbe essere chiaro che con altoparlanti che non permettono escursioni elevate - cioè con bobine corte e sospensioni rigide - le non-linearità sono ben peggiori). Come si vede, tale altoparlante ha una cedevolezza (CMS) di circa 1.25 mm/N, quindi decisamente elevata, se misurata con piccoli segnali (pochi mA). Bastano tuttavia pochi Volt applicati per ottenere spostamenti consistenti e, corrispondentemente, valori di cedevolezza ben diversi: con un’escursione di -10 mm, ad esempio, si ottiene una cedevolezza pari a circa un quinto del valore a riposo, con una variazione del 500% !

Per di più, il fatto che la variazione della cedevolezza sia diversa nei due sensi significa che gli impulsi positivi vengono trattati in modo diverso da quelli negativi. Probabilmente la maggior parte della gente non si rende conto dell’importanza di queste non-linearità. Tutti ormai si sono abituati a valutare gli altoparlanti in termini di parametri di Thiele-Small, senza rendersi però conto del reale significato di tali parametri e, soprattutto, delle relazioni che li legano. Così in genere non si capisce che se varia la cedevolezza variano anche tutti gli altri parametri. L’altoparlante che misurate con il vostro meraviglioso computer (con correnti piccole, corrispondenti a piccoli spostamenti), i risultati della quale misura poi importate nel vostro super-meraviglioso programma di simulazione, non esiste; o meglio, esiste solo se non lo adoperate, perchè quando lo usate per ascoltare musica (cioè quando nella sua bobina circolano correnti transitorie di alcuni Ampères), i suoi parametri sono ben diversi da quelli che avete misurato con piccole correnti. Sorpresi? Eppure tutti sanno che basta anche un piccolo rodaggio per migliorare sensibilmente la qualità d’ascolto di un altoparlante: ciò accade perchè i parametri cambiano! E perchè cambiano? Ma perchè variano le cedevolezze degli elementi elastici (fate la seguente prova: prendete un altoparlante nuovo - oppure uno fermo da parecchio tempo, che è la stessa cosa - e misuratelo; poi con la mano schiacciate l’equipaggio mobile il più possibile in basso, tenendolo così alcuni secondi, dopodichè rimisuratelo).

A questo punto, dovrebbe cominciare ad essere chiaro che il comportamento delle sospensioni in un altoparlante è di fondamentale importanza in quanto è l’elemento che più facilmente ne influenza le caratteristiche.

Se finora abbiamo ipotizzato un comportamento lineare, cioè che la forza elastica fosse proporzionale allo spostamento (cioè F = k x ) ci dobbiamo a questo punto ricredere, perchè così non è. Volendo quindi impiegare nell’equazione il valore corretto, dovremmo usare un’espressione più complicata, derivante ad esempio da un’interpolazione della curva che esprime i valori misurati della cedevolezza; poichè non sono in realtà necessarie precisioni elevatissime, soprattutto considerando scostamenti non eccessivi dal punto di riposo, si può impiegare una curva del secondo ordine (cioè una parabola) al posto della retta. La forza elastica dovuta ad ogni sospensione è pertanto esprimibile come segue:

F = k1 x + k2 x2

Se indichiamo con F1 la distorsione della forza di pilotaggio dovuta alle non-linearità (per la verità la questione dovrebbe essere esaminata vettorialmente), l’equazione precedente diviene:

F + F1 - (k1 x + k2 x2) - (k3 x + k4 x2) = m a

Non è però finita, in quanto c’è almeno un altro grosso handicap dovuto al comportamento delle sospensioni. Se si esamina il moto dell’equipaggio mobile, risulta chiaro che, delle due sospensioni, una lavora in estensione e l’altra in compressione. Dal grafico della cedevolezza sopra riportato risulta evidente la differenza nei due sensi; in pratica si verifica che il comportamento delle sospensioni è diverso a seconda che lavorino in compressione od in estensione. Ciò è dovuto in buona parte al comportamento della sospensione esterna che quasi sempre è costituita da una singola semionda (che genera asimmetria), per di più costituita da materiali poco lineari (a questo proposito il foam è in genere decisamente migliore della gomma).

A proposito del foam: molti - troppi - si lamentano della scarsa durata dello stesso. Un altoparlante - come ogni altra cosa - ha una durata media di vita, nel corso della quale varia i suoi parametri. Oggi una buona sospensione in foam dura 10 - 15 anni o più; ma a giudicare dalle espressioni scandalizzate della gente, non è abbastanza: l’altoparlante evidentemente deve entrare nell’asse ereditario ed essere trasmesso ai pronipoti (ovviamente, gli audiofili che protestano sono gli stessi che spendono fior di quattrini per cambiare le valvole ogni pochi mesi). E i magneti? lo sapete che con il tempo si smagnetizzano? E il centratore che s’ammoscia, dove lo mettiamo? E se la giornata è troppo umida o troppo calda, come variano i parametri?

Diciamo quindi che il fatto che la sospensione interna (centratore) e quella esterna (bordo) siano costituite da materiali diversi e con forme e tecnologie diverse è causa di una ulteriore non-linearità. Si consideri il caso (frequentissimo) in cui la sospensione esterna sia più rigida di quella interna; in questo caso sarà principalmente la sospensione esterna ad opporsi al moto, esercitando una forza contraria sul bordo del cono, mentre la forza di pilotaggio è applicata all’apice del cono. La situazione è quella riportata in figura.

Si verifica che la forza di pilotaggio F (applicata all’apice del cono) viene contrastata principalmente dalla sospensione esterna (applicata all’estremità del cono). A causa di ciò, la membrana risulta compressa: in altre parole, ad essa viene applicata una forza che tende a deformarla. Tale forza è evidenziata in figura come F".

Più è rigida la sospensione esterna, maggiore sarà la deformazione della membrana a parità di altri parametri, soprattutto quando la sospensione interna è abbastanza cedevole, come accade in genere negli altoparlanti per alta fedeltà.

Riassumendo a questo punto le problematiche relative alle sospensioni (ricordo che stiamo parlando solo di basse frequenze), si possono evidenziare i seguenti punti principali:

Se aggiungiamo il fatto che pure la forza di pilotaggio è distorta, cominciamo a renderci conto del perchè l’altoparlante è un componente ben distante dall’ideale; se poi ricordiamo che è un sistema a bassa efficienza, con tutto ciò che questo comporta, allora il gioco è quasi fatto.

L’osservazione che viene subito in mente è: possibile che nessuno sia a conoscenza di questi problemi e pensi a risolverli? Il fatto è che effettivamente tra i produttori di altoparlanti pochissimi hanno una vaga idea di quello che stanno facendo e, comunque, se anche ce l’hanno, è l’ultima cosa cui danno importanza. La questione più importante - se non l’unica - è il costo, che deve essere il più basso possibile; di conseguenza, l’altoparlante viene assemblato impiegando componentistica esistente sul mercato la quale, a sua volta, viene prodotta impiegando i materiali e le tecnologie che portano ai costi più bassi. Le sospensioni seguono esattamente lo stesso iter; in particolare quella esterna viene prodotta con quei materiali e quella forma perchè è il modo più semplice e meno costoso di farlo. Tanto l’altoparlante funziona, no? Si deve comunque tenere presente che gli altoparlanti per alta fedeltà rappresentano una fetta esigua del mercato; pensate che solo in Italia si producono annualmente decine di milioni di altoparlanti: quanti pensate siano destinati al mercato Hi-Fi? E’ chiaro che le tecnologie vengono sviluppate ed impiegate con lo scopo di rendere la produzione economica e competitiva, non certo per ottenere un altoparlante di qualità; di conseguenza, quand’anche uno sapesse quali soluzioni adottare per realizzare un trasduttore di grande qualità, se lo dimentica subito - se non vuole rimetterci anche la camicia - e pensa invece a produrre altoparlanti economici.

Ma allora non c’è speranza di realizzare degli altoparlanti migliori? Certo; anzi, qualcosa è già stato fatto.

 

Gli altoparlanti XL (eXtended linearity)

Nel corso dell’attività di ricerca e consulenza (i cui risultati migliori vengono poi trasferiti nei prodotti ULTRASOUND) il problema rappresentato dalle non-linearità dell’altoparlante è ovviamente presente da moltissimo tempo e si inserisce in un contesto ben più ampio, che include tutto il sistema amplificatore-cavi-altoparlanti.

Nel caso specifico del trasduttore, come si è accennato (accennato, perchè in realtà il problema è molto più complesso) le non-linearità sono dovute principalmente al comportamento delle sospensioni ed alla distorsione della forza di pilotaggio. Per ridurre queste non-linearità si è intrapreso un programma di ricerca che ha portato alla realizzazione di altoparlanti che sono stati chiamati XL (eXtended Linearity); i punti salienti di questa ricerca - per sommi capi - sono i seguenti:

  1. il compito principale delle sospensioni è di permettere il moto oscillante della membrana rispetto alla struttura fissa (cestello), ostacolandolo il meno possibile;
  2. le sospensioni devono però mantenere centrata la bobina all’interno del traferro, in modo che il moto risulti assiale; ciò è tanto più importante quanto maggiore è l’escursione e quanto più stretto è il traferro (caratteristiche entrambe molto desiderabili);
  3. dalle due considerazioni precedenti segue che entrambe le sospensioni dovrebbero possedere alta cedevolezza nella direzione del moto (assiale) e bassissima cedevolezza nel piano ortogonale al moto;
  4. il loro comportamento dovrebbe essere simmetrico nei confronti dell’escursione;
  5. le non-linearità residue inevitabilmente presenti dovrebbero essere dello stesso tipo;
  6. la cedevolezza dominante dovrebbe essere quella del centratore, mentre il bordo esterno deve permettere elevate escursioni lineari esercitando la forza più bassa possibile, onde evitare sollecitazioni alla membrana;
  7. le masse devono essere il più basse possibile.

Sono quindi state realizzate delle sospensioni congruenti con quanto sopra riportato; la cosa tuttavia, come prevedibile, non è risultata nè rapida, nè tantomeno indolore (nel senso finanziario del termine). Non discuteremo qui - per ovvi motivi - i materiali e le tecnologie impiegate, ma bensì gli aspetti insoliti e particolari di questa ricerca: lo scopo non è quello di regalare informazioni a chi comunque non saprebbe che farsene, ma di divulgare aspetti poco conosciuti di problematiche ancora meno conosciute e, soprattutto, di fare un po' di chiarezza su molti argomenti che potrebbero sembrare banali, su cui sono state scritte montagne di stupidaggini, con il risultato di creare un sacco di confusione: cosa di cui non si sentiva assolutamente il bisogno.

E’ opportuno quindi chiarire il concetto che quanto qui esposto non è alla portata nè dei costruttori, nè degli assemblatori che si fanno fare gli altoparlanti "su specifiche", nè degli autocostruttori. Infatti, le lavorazioni del circuito magnetico comportano che tra la bobina e la parete del traferro restano circa 0,05 mm. (cioè 50 mm.); ciò comporta costi, tolleranze di lavorazione e di assemblaggio molto al di là di quanto economicamente ragionevole per un’azienda commerciale e molto al di là delle possibilità dell’hobbista. Per quanto riguarda le sospensioni, il raggiungimento degli obiettivi è subordinato ad anni di prove per i materiali e le procedure operative di stampaggio, oltre ovviamente a mesi di studio e di simulazioni relative alle deformazioni in ipotesi di funzionamento realistiche, e alla realizzazione di stampi proprietari (circa 30 kg. di acciaio inox a stampo). Le due sospensioni, sia il centratore sia il bordo esterno, sono realizzati a partire dallo stesso materiale, una stoffa parzialmente impregnata di resina; a titolo di curiosità per i più tecnici, durante le prove si sono ottenute cedevolezze di 3-4 mm/N, misurate con masse mobili di 15 g. (si pensi che con una simile cedevolezza - quasi 10 volte quella normalmente in uso - si riesce a tenere centrata una bobina lunga 25 mm. in un traferro con un’aria di 50 mm!) Il prezzo da pagare è purtroppo alto: ognuno di questi altoparlanti richiede molto lavoro per essere prodotto, principalmente per due motivi. In primo luogo, il bordo esterno viene stampato a partire da una stoffa morbidissima parzialmente impregnata: ciò significa che è sostanzialmente "aperta", cioè trasparente all’aria. Nel caso di impiego in una "cassa", ciò ovviamente comprometterebbe la tenuta, per cui è necessario "impermeabilizzare" la sospensione esterna. L’operazione è estremamente delicata in quanto va fatta applicando un apposito trattamento che, peraltro, ne altera parzialmente le caratteristiche (cioè la cedevolezza), dato che non solo impermeabilizza il tessuto, ma contribuisce in maniera determinante a stabilizzarlo, in modo da mantenere le caratteristiche nel tempo; pertanto si deve procedere manualmente con un pennellino applicando una dose minima e poi misurando il risultato ottenuto. In genere il risultato ottimale (completa sigillatura della sospensione con rispetto dei valori di cedevolezza scelti) si ottiene con 3 applicazioni leggerissime successive (previa asciugatura: il "sigillante" è in emulsione acquosa). Il tutto richiede ovviamente una certa pratica e non può essere realizzato in tempi brevi. Il secondo ostacolo da superare è legato al fatto che l’altoparlante viene ovviamente montato in orizzontale per poter essere centrato; data la cedevolezza delle sospensioni e l’esiguità dello spazio tra parete del traferro e bobina (50 mm), quando questo viene posto in posizione verticale la diversa collocazione, presumibilmente a causa della forza di gravità, è sufficiente per far sì che in parecchi casi la bobina vada a toccare le pareti del traferro con conseguente notevolissima distorsione. E’ pertanto necessario rodare bene l’altoparlante e durante questa fase "ricentrarlo"; operazione lunga e tutt’altro che agevole. Per i motivi suesposti, il costo di questi trasduttori è estremamente elevato; provate a centrare un equipaggio mobile che deve compiere un’escursione di oltre due centimetri senza toccare una parete distante 50 mm, con accelerazioni durante il funzionamento centinaia di volte superiori a quella di gravità, il tutto trattenuto da 3 grammi scarsi di stoffa!

In conclusione, cosa sono esattamente gli altoparlanti XL e in cosa si differenziano dagli altoparlanti convenzionali? Gli altoparlanti XL sono altoparlanti ad alta efficienza decisamente più lineari rispetto a quelli in commercio e, sostanzialmente, sono caratterizzati da distorsioni nettamente più basse. In termini di risultati sonici si ottengono i seguenti vantaggi:

Che il comportamento di questi altoparlanti sia sostanzialmente diverso da quello degli altri lo si può facilmente dimostrare anche con semplici misure. (Per inciso, non crediamo alla polemica tra chi ascolta e chi misura; il fatto è che chi misura spesso non capisce il significato dei parametri che sta misurando e, soprattutto, la loro correlazione con le sensazioni di ascolto, mentre chi sa ascoltare spesso non ha la preparazione tecnica necessaria a fare le misure).

Si è detto che il comportamento nel tempo degli altoparlanti XL è diverso dagli altoparlanti convenzionali. Ciò è facilmente riscontrabile in sede di misura, inviando un segnale impulsivo all’altoparlante e misurando il risultato; nel caso specifico, il segnale generato dal sistema di misura viene amplificato in tensione da un amplificatore (amplificatore in tensione controreazionato di marchio "storico" e blasonato dell’HI-FI) ed il segnale in ingresso all’altoparlante è riportato nella seguente figura:

Come si vede, il segnale che arriva all’altoparlante comprende sia un fronte d’onda positivo che uno negativo; ciò è utile nel caso in oggetto per esaminare le differenze tra escursioni positive e negative. Il fronte d’onda negativo è di ampiezza inferiore a quello positivo (nella figura non si vede in quanto quello positivo risulta "tagliato"; ciò perchè si è voluto mantenere le stesse condizioni delle figure seguenti, che risultano così direttamente confrontabili). Come riferimento consideriamo la seguente figura che riporta la risposta di un tweeter allo stimolo indicato:

Si tratta di un altoparlante con massa in movimento di circa 250 mg e quindi in grado di seguire abbastanza bene la forma d’onda del segnale in ingresso; la misura è eseguita posizionando il microfono ad 1 metro per cui l’impulso ha un ritardo di circa 3 ms.

Esaminiamo ora la risposta di un woofer da 8" nelle stesse condizioni:

Trattasi di un woofer con sospensione morbida in schiuma poliuretanica ad una singola semionda con massa mobile circa 100 volte più alta rispetto al caso precedente, in grado di scendere notevolmente verso le basse frequenze (è quello impiegato nell’ULTRASOUND ALIAS).

Si può notare l’asimmetria della risposta: il fronte d’onda negativo è inferiore al dovuto come ampiezza e, soprattutto, presenta delle evidenti irregolarità. Infatti, dopo il raggiungimento del minimo inferiore, la curva ricomincia a salire ma, dopo poco, vi è un’inversione e la curva ridiscende per breve tratto per poi salire definitivamente e tendere poi verso lo zero con andamento oscillante.

La figura seguente riporta il comportamento di un woofer di produzione danese costosissimo e stimatissimo tra gli audiofili:

Si vede che il problema non solo esiste ancora, ma si è anche aggravato; mentre nel caso precedente si verificava una sola inversione, qui ve ne sono parecchie. L’altoparlante in questione ha una membrana plastica (polipropilene) e la sospensione in gomma; si nota che la forza di richiamo è elevata (dopo il massimo positivo il ritorno è molto rapido), il che indica una bassa cedevolezza. Il problema principale è comunque rappresentato dal fatto che l’equipaggio mobile, prima di arrestarsi, presenta tutta una serie di irregolarità che rappresentano un buon esempio di "tira-molla" tra le due sospensioni.

Continuando l’indagine, esaminiamo ora il comportamento di un woofer professionale:

Più che di un woofer vero e proprio, si tratta di un mid-woofer adatto per carichi a tromba; presenta una membrana in carta e una sospensione decisamente rigida in tela trattata. Si evidenzia in misura ancora maggiore che la forza di richiamo è elevata, tanto che il fronte di discesa è nettamente più rapido di quello di salita; nella parte negativa dell’impulso si notano i continui "tira-molla". E’ importante notare che la parte positiva dell’impulso si giova dello smorzamento elettromeccanico imposto dall’amplificatore, mentre quella negativa no, con evidenti differenze in termini temporali; è altresì fondamentale tenere presente che questi sono altoparlanti reali pilotati da un amplificatore reale con un semplice impulso all’ingresso.

La figura seguente riporta il comportamento di un altoparlante con tecnologia XL.

Si tratta di un altoparlante nuovo; dopo opportuno rodaggio, il risultato diviene il seguente:

Le differenze sono dovute all’aumentata cedevolezza. Le due immagini parlano da sole: fronte di salita e di discesa sono sostanzialmente simmetrici e anche le ampiezze rispettano quelle del segnale d’ingresso. Di contro, è chiaramente evidente che una sospensione molto cedevole non è in grado di arrestare il sistema, che ad impulso terminato presenta una sovraelongazione notevole; tuttavia, tale sovraelongazione è presente anche negli altoparlanti convenzionali (vedi grafici precedenti) nei quali si presenta notevolmente più complessa rispetto alla "pulizia" degli XL.

Si ottiene pertanto anche a livello strumentale una conferma dell’importanza delle sospensioni sul comportamento dinamico di un altoparlante, giustificando così la correttezza di quanto esposto.

Ad ulteriore conferma di ciò, si riporta quest’ultimo grafico, relativo ad un altoparlante del tutto simile ai precedenti, ma con la sospensione trattata in modo da indurirla (cioè con rigidezza più elevata ovvero con cedevolezza inferiore).

In conseguenza dell’aumentata rigidezza della sospensione esterna, la frequenza di risonanza passa da 27 Hz a 49 Hz; va da sè che l’altoparlante mantiene la centratura molto meglio.

L’esame della figura rispetto alle precedenti rivela che la curva si è modificata: i fronti d’onda non sono più simmetrici, la fase di richiamo è più rapida rispetto al fronte di salita, la parte negativa dell’impulso è inferiore come ampiezza a quanto dovrebbe essere, e la deformazione è evidente. In altre parole, irrigidendo la sospensione, ci siamo spostati verso un altoparlante convenzionale, confermando così la correttezza di quanto ipotizzato.

In conclusione, gli altoparlanti XL dimostrano sia all’ascolto sia agli strumenti di misura delle caratteristiche apprezzabilmente migliori rispetto agli altoparlanti convenzionali e, dal punto di vista delle prestazioni musicali, rappresentano un deciso passo avanti. Il tutto mediante l’impiego di tecnologie già esistenti, ma con un consistente lavoro di ricerca e di ottimizzazione - al di là delle banalità commerciali - teso a migliorare le qualità sonore dell’altoparlante. Ecco, volendo allora sintetizzare in due parole le motivazioni che stanno dietro al "progetto XL", si può dire semplicemente questo: sono altoparlanti pensati per "suonare", non solo per "funzionare". Scusate se è poco.

 

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