La simulazione: come e perchè (Rendimento) (*)

[MarioBon]

Questo avviene perchè, probalimente, Hornresp calcola la potenza acustica solo sull'area dove la radiazione non è nulla (non tiene conto del fattore di direttività) e, essendo nato per le trombe, usa il criterio di Beranek (che considera RE doppia) e/o moltiplica il rendimento per il rapporto dell'area di gola (quindi per 2, 3, 4...).
Se applichi questa relazione:

con: SPL=110dB e DI=9 (Q=8)
con: SPL=101dB e DI=0 (Q=1)
ottieni lo stesso risultato = 15.13%
Se invece metti SLP= 110 e DI=0 (Q=1) ottieni il 120.22% che è esattamente 8 volte di più.
Come dice Keele, il rendimento dipede da come viene calcolato. Ma il rendimento è uno solo: il rapporto della potenze acustica attiva ottenuta sulla potenza elettrica attiva necessia per ottenerla. Se usi questa definizione è difficile che una tromba con driver a compressione superi il 15% di rendimento.

SPL= 114 dB a in metro con 1 Watt
Q=20.1 (DI=13dB)
il rendimento vale 15.13%

[Dindy]

Come dice Keele, il rendimento dipede da come viene calcolato. Ma il rendimento è uno solo: il rapporto della potenze acustica attiva ottenuta sulla potenza elettrica attiva necessia per ottenerla.

Grande è la confusione sotto il cielo. Un nome unico per indicare cose molto diverse. Sarebbe il caso di assegnare dei nomi specifici almeno per questa discussione, altrimenti si rischia di non risolvere la situazione.

[MarioBon]

Il rendimento (o efficienza) è uno solo: potenza_attiva_ottenuta su potenza_attiva_impiegata.
In letteratura, per l'elettroacustica, vengono usati nomi diversi:

- efficienza nominale (ottenuta con la potenza nominale)
- efficienza iniziale
- efficienza elettroacustica
- efficienza vera massima assoluta
- efficieza di radiazione
....
e tutte rappresenano cose diverse. Alcune dovrebbero chiamarsi "guadagno" ma il vocabolario inglese ha pochi vocaboli (anche se gain vuol dire guadagno...). L'errore lo fa chi non specifica di cosa sta parlando. Se poi di un articolo si guardano solo le figure senza leggere il testo è facile prendere lucciole per lanterne.

[Dindy]

Il rendimento (o efficienza) è uno solo: potenza_attiva_ottenuta su potenza_attiva_impiegata.

Prima di leggere queste spiegazioni solo quella conoscevo.

L'unico altro caso in cui ho visto una definizione di efficienza diversa è con le caldaie tradizionali, dove si prendeva il rendimento limite imposto dalla termodinamica, tenendo conto che i gas di scarico non dovevano condensare, e lo si considerava 100%. Così poi ci si è ritrovati con le caldaie a condensazione con il 110% di efficienza, che in realtà sta intorno al 90% secondo la definizione canonica.

[MarioBon]

C'è almeno un altro caso di valori "impossibili" ma che vengono accettati perchè giustificabili:
Il coefficiente di fonoassorbimento dei pannelli in poliuretano sagomati.
I pannelli piramidali vengono accreditati di un coefficiente di fono assorbimento del 120%.
Ora è fisicamente impossibile che un materiale assorba più energia di quella incidente.
Il dato viene quindi interpretato in questo modo: dato che il pannello ha un asuperficie effettiva molto maggiore dell'area che ricopre riesce ad assorbire come se fosse più esteso e con coefficiente di fonoassorbimento unitario.
Va da sè che ricoprendo tutte le pareti di una stanza con questi pannelli il coefficiente di fono assorbimento sarebbe del 100%. Quindi questo dato "strano" dipende anche dal metodo di misura.
in questa tabella ci sono alcuni materiali che superano il 100% di sonoassorbimento.
http://www.mariobon.com/Glossario/___Am ... alfa_1.pdf

[Dindy]

I pannelli piramidali vengono accreditati di un coefficiente di fono assorbimento del 120%.

Vero, mi ricordo di aver incontrato anch'io questa stranezza, che a intuito avevo capito che fosse conseguenza di quanto descrivi.

[MarioBon]

Ho rinumciato ad utilizzare il termine "efficienza" e userò il termine "rendimento" (che gli anglossassoni non usano in ambito scientifico).
Il rendimento è, per definizione: il rapporto tra la potenza attiva ottenuta sulla potenza attiva spesa per ottenerla. Nel caso dell'altoparlante la potenza ottenuta è potenza acustica (attiva) mentre quella spesa è potenza elettrica (attiva). La potenza acustica deve essere calcolata su tutto lo spazio (non solo dove emette l'altoparlante).
La potenza attiva è quella erogata sulla parte reale (resistiva) del carico.
Qualsiasi quantità calcolata in modo diverso da quello appena detto non può rappresentare il rendimento di un dispositivo.

in letteratura si trova:
Efficienza_di_radiazione:
Non è un rendimento ma piuttosto un "guadagno di velocità".
definito come la parte reale delle impedenza di radiazione divisa per la impedenza caratteristica dell'aria (ro c). Può essere maggiore del 100%.
Corrisponde al rapporto di compressione ovvero al rapporto tra la superficie del diaframma e la superficie della gola (di una driver a compressione).

Efficienza elettroacustica
Potenza acustica di uscita irradiata da un altoparlante per unità di potenza elettrica di ingresso.

Efficienza_Nominale (con riferimento ai driver a compressione)
la "efficienza nominale" è calcolata dividendo la potenza acustica di uscita per la "potenza elettrica nominale" (Beranek, Keele, e altri...).
La "potenza elettrica nominale" è pari alla tensione (applicata al dispositivo) elevata al quadrato e divisa per due volte la resistenza della bobina mobile.

E' del tutto evidente che la "potenza elettrica nominale" è come minimo la metà della potenza applicata e quindi l'efficienza nominale del dispositivo risulta essere il doppio del rendimento.

Efficienza_vera
Termine utilizzato da Olson per indicare il rendimento meccanico ottenuto in modo molto semplificato. Posto il massimo modulo dell'impedenza alla risonanza pari a Zmax=Re+Res
con Re resistenza della bobina mobile, L'efficienza vera vale In pratica è il rapporto tra Res e Res+Re.
Il fatto he il diaframma pesi un grammo o una tonnellata, in questo "rendimento", è irrilevante. Per contro il calcolo è estremamente semplice (come piace agli anglosassoni). Dovendo progettare un driver a compressione, la prima cosa da valutare è il rendimento meccanico. Se questo è basso lo sarà anche il rendimento acustico. Quindi la "efficienza vera" serve come valutazione preventiva di quanto si potrà ottenere.

Se:
- si utilizza la potenza elettrica nominale
- si valuta la potenza acustica su mezzo spazio

il rendimento risulta automaticamente moltiplicato per quattro. In tal modo il rendimento massimo teorico risulta moltiplicato per quattro e (dal 25%) arriva al 100% e quindi qualsiasi valore (tipo 80%...) risulta accettabile. Questo spiega perchè certi simulatori attribuiscono ai woofer professionali rendimenti del 15% in luogo del 3.5% dichiarato dal produttore.

[MarioBon]

Torniamo alla simulazione. Un simulatore è un programma, scritto da un umano, che esegue determinati calcoli. Prima si scrivono i calcoli e poi si scrive il programma. Il calcoli si possono anche eseguire "a mano"... sempre di simulazione si tratta.
Di seguito vedremo i calcoli che deve eseguire il programma di simulazione per calcolare il rendimento di un altoparlante. Cominciamo dalla potenza elettrica osservando la differenza tra Potenza nominale e potenza vera e potenza effettivamente erogata:

Si vede chiaramente che la "potenza nominale" è metà della "potenza vera" la quale produrrà una "efficienza" almeno doppia del rendimento.
Tra l'altro l'impedenza elettrica dell'altoparalnte non è semplicemente RE (resistenza in cc della bobina mobile) ma Ztot. Per ottenere la potenza elettrica attiva assorbita dall'altoparlante dovremo prendere la parte reale di (1/Ztot) che non è l'inverso della parte reale di Ztot (altro possibile errore) ed è sempre maggiore (o uguale) a RE.

Qualsiasi scelta della potenza elettrica attiva diversa porta a sovrastimare "l'efficienza".

[MarioBon]

entriamo nel vivo:

Le relazioni esposte servono per calcolare il rendimento di un sistema con alcune combinazioni di carico. Calcolando separatamente il rendimento delle trasformazioni:
- da elettrico a meccanico
- da meccanico as acustico
si ottengono delle espressioni facilmente leggibili.

[MarioBon]

Non è difficile ottenere il modello anche per altre situazioni quali il reflex o la linea di trasmissione:

Si noti che è stata riportara anche l'espressione per la potenza acustica prodotta sui due lati dell'altoparlante anche se, in effetti, viene utilizzata solo la potenza emessa da una faccia del diaframma. Questo serve a capire che una parte della potenza acustica non viene utilizzata e quindi non va contata nel rendimento che riguarda solo la potenza effettivamente ottenutae utilizzata.
Dovrebbe essere chiaro che, per un sistema "chiuso", il massimo rendimento non può superare il 25%.
Parliamo di "rendimento" che, come spiegato precedentemente, non è la "efficienza" (di vario tipo) che si trova in letteratura.