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 Una domanda sul rendimento degli altoparlanti 
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Messaggio Una domanda sul rendimento degli altoparlanti
Rendimento ed efficienza sono sinonimi.

I rendimento è definito come il rapporto tra la potenza attiva erogata e la potenza attiva impiegata per ottenerla. Il rendimento di solito si esprime in parti per cento quindi il rendimento vale, per esempio, 0.8 oppure 80%. Una macchina è tanto più "economica" quanto più è efficiente perché consuma meno.

La prima definizione utile è quella di "macchina": una macchina è un dispositivo in grado di modificare una forza in modulo (ampiezza) o in direzione.
Una carrucola muta la direzione di una forza (tiri verso il basso e il peso si alza), una leva muta la direzione ed il modulo.
La macchina più semplice è il piano inclinato. Usando il piano inclinato gli egizi hanno costruito le piramidi.
Esempi di piano inclinato sono le rampe dei ponti, il cuneo, il coltello, la vite (un piano inclinato elicoidale), ecc. .
Le forze in gioco dunque possono essere di origine meccanica, elettrica, o altro.
Ci sono "macchine" che non hanno parti in movimento (come il trasformatore elettrico) quindi il termine "macchina" si può applicare a qualsiasi dispositivo: anche un transistor è una "macchina". In generale si può usare anche il termine "dispositivo" o "sistema". L'importante è capirsi.
La seconda definizione utile è quella di potenza. La potenza è la quantità di lavoro svolto nell'unità di tempo. La potenza si misura in Watt. Per sollevare un certo peso si deve fare un certo lavoro. Questo lavoro si può fare in un minuto o in un secondo. Per farlo in un secondo serve un motore con una potenza sessanta volte superiore (rispetto a quanto serve per fare lo stesso lavoro in un miunto). Tutti quelli che guidano l'automobile sanno che una Lamborghini passa da 0 a 100 (km/h) in meno tempo di una Panda: ciò avviene perché la Lamborghini ha un motore più potente che svolge più lavoro in meno tempo.

Esistono due tipi di dispositivi: attivi e passivi.
Dispositivi attivi
sono quei dispositivi che, per funzionare, devono essere alimentati. Per esempio un amplificatore deve essere collegato alla rete elettrica. In questo caso il rendimento è il rapporto tra la potenza attiva che viene erogata sul carico e la potenza attiva che viene prelevata dalla rete elettrica. Il rendimento teorico di un amplificatore in classe A è pari al 50%. Questo significa che, per erogare 10 Watt all'altoparlante si devono prelevare almeno 20 Watt dalla rete elettrica. Un amplificatore in classe AB è più efficiente mentre l'amplificatore in classe D può arrivare all'85% di rendimento. Questo spiega perché in campo professionale, dove gli impianti richiedono decime di migliaia di watt, non si impieghino amplificatori in classe A (anche se fossero piccoli e leggeri).

Dispositivi passivi
I dispositivi passivi, per funzionare, non hanno bisogno di essere alimentati. Per esempio le leve, le carrucole, le viti, il coltello, il piede di *, i cavi, i trasformatori, ecc.. La potenza elettrica che esce da un cavo è sempre un poco inferiore a quella che vi entra (a causa delle perdite). La potenza elettrica che esce da un trasformatore è sempre un poco inferiore di quella che vie entra (anche qui a causa delle perdite). La potenza acustica che esca da un altoparlante è sempre minore di quella che elettrica vi entra... ecc..
Non è difficile distinguere un dispositivo passivo da uno attivo: basta controllare se consuma qualche cosa che viene dall'esterno. L'automobile è un dispositivo attivo perché consuma benzina.

Il Secondo Principio della Termodinamca
Il Secondo Principio della Termodinamica definisce l'entropia (che qui non interessa). Interessa invece una conseguenza di questo principio: non è possibile realizzare un dispositivo con rendimento pari o superiore al 100%. In altre parole, su scala macroscopica, non è possibile generare il moto perpetuo. Esiste sempre una quantità di energia che viene trasformata in calore che non può essere recuperato per fornire ulteriore lavoro. Questo vale per tutti i dispositivi macroscopici sia attivi che passivi.
Si deve specificare "dispositivi macroscopici" perché, a livello delle singole particelle, il concetto di entropia non è applicabile.

Il dispositivo con il rendimento più alto è il trasformatore elettrico che può arrivare oltre il 99%. Si noti che il trasformatore elettrico non ha parti meccaniche in movimento quindi non soffre delle perdite causate dagli attriti.

Gli altoparlanti sono dispositivi passivi macroscopici. In quanto tali il loro rendimento è minore del 100%. In realtà gli altoparlanti per HiFi presentano rendimenti molto bassi attorno all'1%. Gli altoparlanti per uso professionale hanno rendimenti maggiori e, leggendo i depliant, si scopre che possono arrivare al 6% (credo che esista un midrange a cono con rendimento dell'8%).
Questo significa che, per ottenere un Watt acustico servono da 12.5 a 100 Watt elettrici.
Il rendimento di un altoparlante dinamico è limitato dalla massa delle parti in movimento e dalla resistenza della bobina mobile mentre aumenta con il fattore BL (detto fattore di forza) dove B rappresenta il campo magnetico nel traferro ed L la lunghezza del filo immersa nel campo. L'altra caratteristiche che determina il rendimento è la superficie del diaframma. Più è grande e meglio è. Ma per aumentare la superficie si deve aumentare la massa e se aumenta la massa deve aumentare anche la forza (BLI) per metterla in movimento. Morale della favola oltre un certo valore di rendimento, nella pratica, non si riesce ad andare.

L'ultima definizione che serve è quella di Potenza acustica. Senza entrare troppo in dettaglio ricordiamo che la potenza acustica è l'intensità acustica, prodotta da una sorgente, sommata sulla superficie di una sfera con la sorgente al centro. La potenza acustica si calcola su tutto lo spazio. Se una sorgente irradia su un certo angolo solido, la potenza acustica, fuori da quel cono, è nulla e quella che c'è va comunque divisa su tutto lo spazio.

Ora un problema. Sia dato un altoparlante dinamico chiuso da un contenitore a tenuta stagna il modo che una sola faccia del suo diaframma possa irradiare verso l'esterno.
Sappiamo che a frequenze sufficientemente basse questo tipo di sorgente irradia allo onde sferiche in tutte le direzioni (su 4 p-greca steradienti). I sostanza, a distanza fissata, simisura lo stesso SPL in ogni direzione.
Supponiamo che il rendimento di questo altoparlante così configurato, ed alle frequenze dove irradia in modo omnidirezionale, sia esattamente del 3%. Applichiamo a questo altoparlante una tromba (per semplicità conica) in modo che l'altoparlante irradi esattamente su un ottavo dello spazio (p-greca mezzi steradianti) senza effetti secondari tipo diffrazione ai bordi o altro. e vogliamo possiamo anche considerare la tromba di lunghezza infinita.
Per semplicità assumiamo che la sua impedenza elettrica rimanga puramente resistiva e di valore invariato con senza la tromba.
Domanda: quanto vale ora il suo rendimento (con la tromba)?
Non c'è trucco, non c'è inganno, non è una domanda a trabocchetto ma vanno rispettate le definizioni.

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02/12/2017, 14:57
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Messaggio Re: Una domanda sul rendimento degli altoparlanti
Secondo me sempre il 3%...
MarioBon ha scritto:
velocissimo, ma aspettiamo altre risposte...


02/12/2017, 15:17
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Messaggio Re: Una domanda sul rendimento degli altoparlanti
Ho la sensazione che l'entropia voglia la sua fetta, quindi secondo me siamo poco sotto il 3%.
MarioBon ha scritto:
In effetti l'entropia è sempre in mezzo...

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02/12/2017, 16:08
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Messaggio Re: Una domanda sul rendimento degli altoparlanti
A spanne, se si valuta l'effetto del macro sistema, cioè la radiazione omnidirezionale in funzione dell'energia spesa, l'efficienza è la stessa.
Se si valuta soltanto la pozione di spazio interessata dalla tromba (perché magari del resto non ci interessa), allora questa avrà una "efficacia" 8 volte maggiore della soluzione omnidirezionale.


02/12/2017, 17:02
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Messaggio Re: Una domanda sul rendimento degli altoparlanti
Secondo me quanto proposto dal Dr. Bon è la somma di due macchine passive, la prima rendeva il 3% prima e continua a farlo dopo, la seconda (la tromba, in pratica un trasformatore) ha la sua brava perdita (almeno nel mondo reale), se consideriamo la "macchina complessiva" anche secondo me siamo sotto al 3%... Nel campo della tromba si "sente più forte", ma la potenza acustica totale sarebbe al massimo invariata...


Ultima modifica di brunosac il 02/12/2017, 17:23, modificato 1 volta in totale.



02/12/2017, 17:08
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Messaggio Re: Una domanda sul rendimento degli altoparlanti
brunosac ha scritto:
Secondo me quanto proposto dal Dr. Bon è la somma di due macchine passive, la prima rendeva il 3% prima e continua a farlo dopo, la seconda (la tromba, in pratica un trasformatore) ha la sua brava perdita (almeno nel mondo reale), se consideriamo la "macchina complessiva" anche secondo me siamo sotto al 3%...

credo che Mario sottointendesse anche una tromba perfetta, infinitamente rigida e priva di perdite.

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02/12/2017, 17:14
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Messaggio Re: Una domanda sul rendimento degli altoparlanti
In questo caso confermerei il mio voto al 3%...


02/12/2017, 17:33
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Messaggio Re: Una domanda sul rendimento degli altoparlanti
anche nel caso di una tromba ideale il carico acustico rappresenta un peso sulla membrana, che equivale ad un aumento di massa e quindi a una diminuzione del rendimento.
In altre parole l’aria viene eccitata in maniera meno uniforme e localmente avrà una maggiore energia cinetica. Questo genera un maggior aumento d’entropia rispetto a quello relativo alla trasformazione in assenza di tromba, e un minor rendimento di conseguenza.

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02/12/2017, 17:38
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Messaggio Re: Una domanda sul rendimento degli altoparlanti
fab0 ha scritto:
A spanne, se si valuta l'effetto del macro sistema, cioè la radiazione omnidirezionale in funzione dell'energia spesa, l'efficienza è la stessa.
Se si valuta soltanto la pozione di spazio interessata dalla tromba (perché magari del resto non ci interessa), allora questa avrà una "efficacia" 8 volte maggiore della soluzione omnidirezionale.


Purtroppo non possiamo cambiare la definizione di rendimento che, aggiungendo un dispositivo passivo, non può certo aumentare. Sicuramente, con la tromba cambia il livello SPL emesso nell'angolo solido (diciamo in asse che si fa prima). Questo incremento di SPL è quantificato dallo "Indice di Direttività".

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Messaggio Re: Una domanda sul rendimento degli altoparlanti
Continuiamo a giocare. Ho un'altra domanda:
In ambiente chiuso una qualsiasi sorgente genere il campo diretto ed il campo riflesso.
Consideriamo sempre la sorgente di prima e consideriamo un ambiente ideale (con fonoassorbimento omogeneo in frequenza ed omogeneamente distribuito sulle superfici -> un ambiente sabiniano).
Cosa succede al livello del campo riflesso con e senza la tromba?

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