Relazione tra fedeltà e rendimento

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MarioBon
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Relazione tra fedeltà e rendimento

#1 Messaggio da MarioBon »

Prendiamo una pallina da ping pong e una racchetta da ping ping.
Quando colpiamo la pallina con la racchetta, nell'urto, una parte dell'energia cinetica della racchetta viene trasferita alla pallina che acquisisce la stessa velocità della racchetta. Proprio la stessa velocità? No un po' meno. Infatti se si colpisce la pallina molto forte si sente, sulla racchetta, un leggero rinculo. In sostanza il moto della racchetta viene alterato dall'urto. La cosa è ancora più evidente nel tennis perché la pallina è più pesante ed il manico della racchetta più lungo.
Ora immaginiamo di colpire la stessa pallina (ferma a mezz'aria) con una racchetta di cemento.
Naturalmente muoviamo la racchetta alla stessa velocità di prima. L'energia ceduta dalla racchetta alla pallina dipende dalla massa della pallina mentre il rinculo dipende dalla massa della racchetta. Dato che ora la massa della racchetta è enorme rispetto alla massa della pallina, questa parte alla stessa velocità della racchetta al momento dell'urto. Il moto della racchetta di cemento non risente dell'urto (il rinculo è praticamente nullo). Muovere la racchetta di cemento richiede molta più fatica che muovere la racchetta di legno ma la velocità della pallina è grosso modo la stessa. E' evidente che non conviene colpire la pallina con la racchetta pesante perché il rendimento è molto minore nel senso che si deve fare molto più lavoro per ottenere quasi lo stesso effetto.
La stessa cosa succede quando il diaframma dell'altoparlante colpisce le molecole dell'aria. Le molecole dell’aria sono piccole e leggere mentre il diaframma dell’altoparlante è pesante. Se il cono è molto leggero il rinculo causato dall'urto altera il moto del diaframma. Se il cono è pesante trasferisce energia all'aria con precisione ed il suo moto non ne viene alterato. Un cono pesante, quindi, trasferisce all'aria il proprio moto in modo più preciso ma richiede un lavoro maggiore. La situazione è questa: se vogliamo il massimo rendimento dobbiamo rinunciare alla precisione del movimento. Ne segue che si deve scegliere la massa dell’apparato mobile dell’altoparlante (diaframma + bobina mobile + massai radiazione) in modo da conservare la massima precisione del moto eseguento il minor lavoro che consente questo risultato.
Due coni perfettamente rigidi, uno pesante ed uno leggero, a parità di forma, hanno esattamente la stessa impedenza di radiazione (anche se hanno massa diversa). Se si muovoo alla stessa velocità producono esattamente lo stesso livello SPL. Nel caso del cono leggero l'impedenza di radiazione modifica il moto del cono, nel caso del cono pesate l'impedenza di radiazione non modifica il moto del cono.
Come possiamo valutare questo fenomeno?
L'impedenza di radiazione dipende anche dalla forma dello spazio su cui insiste il diaframma in moto. Questo significa che un altoparlante (caricato in cassa chiusa) posto in campo libero esperisce una impedenza di radiazione diversa (minore) rispetto a quando è posto in un angolo (confluenza di tre pareti mutuamente ortogonali). La massa complessiva dell’apparato mobile è data dalla somma della massa della bobina più la massa del diaframma più la massa dell'aria che insiste sul diaframma di esso (la componente reattiva della massa di radiazione). Stando così le cose dovremmo poter misurare una variazione della frequenza di risonanza quando l'altoparlante irradia in campo libero o in un angolo. Se ciò avviene significa anche che il moto del cono viene alterato dalla impedenza di radiazione.
Per realizzare un cono leggero si usa la carta ma questa non è molto rigida e per ovviare a questo inconveniente si è scelta la forma conica che aumenta la rigidità assiale. I coni in carta, tuttavia, sono soggetti a break-up. Questi generano picchi e buchi nella risposta in frequenza e in corrispondenza al break-up si osserva anche l’aumento della distorsione ed il peggioramento della risposta nel tempo.
Prendiamo una pallina da ping pong e una racchetta da ping ping.
Quando colpiamo la pallina con la racchetta, nell'urto, una parte dell'energia cinetica della racchetta viene trasferita alla pallina che acquisisce la stessa velocità della racchetta. Proprio la stessa velocità? No un po' meno. Infatti se si colpisce la pallina molto forte si sente, sulla racchetta, un leggero rinculo. In sostanza il moto della racchetta viene alterato dall'urto. La cosa è ancora più evidente nel tennis perché la pallina è più pesante ed il manico della racchetta più lungo.
Ora immaginiamo di colpire la stessa pallina (ferma a mezz'aria) con una racchetta di cemento.
Naturalmente muoviamo la racchetta alla stessa velocità di prima. L'energia ceduta dalla racchetta alla pallina dipende dalla massa della pallina mentre il rinculo dipende dalla massa della racchetta. Dato che ora la massa della racchetta è enorme rispetto alla massa della pallina, questa parte alla stessa velocità della racchetta al momento dell'urto. Il moto della racchetta di cemento non risente dell'urto (il rinculo è praticamente nullo). Muovere la racchetta di cemento richiede molta più fatica che muovere la racchetta di legno ma la velocità della pallina è grosso modo la stessa. E' evidente che non conviene colpire la pallina con la racchetta pesante perché il rendimento è molto minore nel senso che si deve fare molto più lavoro per ottenere quasi lo stesso effetto.
La stessa cosa succede quando il diaframma dell'altoparlante colpisce le molecole dell'aria. Le molecole dell’aria sono piccole e leggere mentre il diaframma dell’altoparlante è pesante. Se il cono è molto leggero il rinculo causato dall'urto altera il moto del diaframma. Se il cono è pesante trasferisce energia all'aria con precisione ed il suo moto non ne viene alterato. Un cono pesante, quindi, trasferisce all'aria il proprio moto in modo più preciso ma richiede un lavoro maggiore. La situazione è questa: se vogliamo il massimo rendimento dobbiamo rinunciare alla precisione del movimento. Ne segue che si deve scegliere la massa dell’apparato mobile dell’altoparlante (diaframma + bobina mobile + massai radiazione) in modo da conservare la massima precisione del moto eseguento il minor lavoro che consente questo risultato.
Due coni perfettamente rigidi, uno pesante ed uno leggero, a parità di forma, hanno esattamente la stessa impedenza di radiazione (anche se hanno massa diversa). Se si muovoo alla stessa velocità producono esattamente lo stesso livello SPL. Nel caso del cono leggero l'impedenza di radiazione modifica il moto del cono, nel caso del cono pesate l'impedenza di radiazione non modifica il moto del cono.
Come possiamo valutare questo fenomeno?
L'impedenza di radiazione dipende anche dalla forma dello spazio su cui insiste il diaframma in moto. Questo significa che un altoparlante (caricato in cassa chiusa) posto in campo libero esperisce una impedenza di radiazione diversa (minore) rispetto a quando è posto in un angolo (confluenza di tre pareti mutuamente ortogonali). La massa complessiva dell’apparato mobile è data dalla somma della massa della bobina più la massa del diaframma più la massa dell'aria che insiste sul diaframma di esso (la componente reattiva della massa di radiazione). Stando così le cose dovremmo poter misurare una variazione della frequenza di risonanza quando l'altoparlante irradia in campo libero o in un angolo. Se ciò avviene significa anche che il moto del cono viene alterato dalla impedenza di radiazione.
Per realizzare un cono leggero si usa la carta ma questa non è molto rigida e per ovviare a questo inconveniente si è scelta la forma conica che aumenta la rigidità assiale. I coni in carta, tuttavia, sono soggetti a break-up. Questi generano picchi e buchi nella risposta in frequenza e in corrispondenza al break-up si osserva anche l’aumento della distorsione ed il peggioramento della risposta nel tempo.
Per evitare i break-up si possono fare due cose: rendere il cono molto rigido (cosa che da sola non riduce il rinculo) oppure renderlo più pesante. Se l’aumento di peso è ottenuto aumentando lo spessore, il cono è anche più rigido e soffre meno di break-up. Si può fare anche un’altra cosa ovvero introdurre un certo smorzamento nel materiale in modo che i break-up risultino smorzati. Ecco quindi i coni in carta trattata ed in polipropilene. Il polipropilene è poco più pesante della carta ma possiede uno smorzamento interno superiore.
Il trattamento di un cono in carta può essere tale da renderlo molto simile ad un cono in polipropilene. Quello che resta, alla fine di questo discorso, è che non basta un cono perfettamente rigido per ottenere un trasferimento preciso del moto all'aria perché la rigidezza non esclude il rinculo. Un cono deve essere contemporaneamente rigido e pesante(o meglioilcono deve essere rigido e l’apparato mobile nel suo insieme pesante). Lo stesso ragionamento si può ripetere, pari pari, per il cabinet del diffusore acustico. Ne segue quindi che è difficile realizzare un altoparlante che sia contemporaneamente preciso (fedele) ed efficiente. Difficile non significa necessariamente impossibile.

Quello che si osserva è che gli altoparlanti per HiFi impiegano materiali come il polipropilene, l’alluminio, il rohacell fino al titanio ed alla ceramica ed al diamante dando la precedenza alla precisione della riproduzione (anche a discapito del rendimento). Nel campo professionale si usa tipicamente la carta che viene trattata non per suonare meglio ma per resistere agli agenti atmosferici. Anche gli altoparlanti professionali sono costretti ad utilizzare apparati mobili pesanti quando si vuole contenere le dimensioni del cabinet che li deve contenere. In quel caso, per mantenere un certo grado di rendimento, è indispensabile ricorrere a fattori di forza molto elevati.
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Interference
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Re: Relazione tra fedeltà e rendimento

#2 Messaggio da Interference »

Disamina molto interessante e apprezzata! Grazie Mario.

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bergat
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Re: Relazione tra fedeltà e rendimento

#3 Messaggio da bergat »

Quindi Mario un woofer in carbonio è l'ottimale

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MarioBon
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Re: Relazione tra fedeltà e rendimento

#4 Messaggio da MarioBon »

Un tessuto intrecciato in carbonio è leggero ma non è rigido (negli intrecciati spesso quello che suona è la colla che li tiene assieme). Se fosse una lastra di carbonio potrebbe essere una soluzione. I tweeter in diamante, in effetti, sono fatti di carbonio.
L'altoparlante migliore è quello che fa quello che serve nel rispetto del budget. Ne segue che, per sapere qual'è l'altoparlante migliore bisogna decidere l'obiettivo da raggiungere.

Mi spiego meglio: supponiamo serva un midwoofer che debba funzionare fino a 3500 Hz è evidente che si dovrà scegliere molto accuratamente anche il materiale del diaframma.
Ma se serve un subwoofer da tagliare a 100 Hz i break up della membrana preoccupano molto meno e si guarda ad altre caratteristiche..
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