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 Effetto della Temperatura: compressione termica 
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Messaggio Effetto della Temperatura: compressione termica
Consideriamo un woofer con RE=5.6 ohm che sopporta 70 Watt per 100 ore (in pratica per un tempo indefinito). Considerando che le colle resistono fino a 170° ricaviamo la resistenza termica e, di conseguenza, possiamo calcolare il riscaldamento della bobina mobile.
Supponiamo di fargli dissipare 20 Watt continui:
Immagine
la tabella qui sopra mostra che la bobina mobile di un singolo woofer raggiungerà la temperatura di quasi 63° (se l'ambiente è a 20°), la reisitenza della bobina mobile sale a 6.6 ohm e la sensibilità scende di 1,4 dB. Questa è "compressione termica".
Se si utilizzano due woofer uguali in serie o in parallelo (a parità di watt dissipati) la compressione termica si ferma a 0.4 dB. Con 4 woofer in serie/parallelo la compressione termica è praticamente inesistente (0.1 dB).
Questo significa non solo che non ci sarà distorsione ma anche che i parametri degli altoparlanti non subiranno variazioni (in particolare il Qt) e l'allineamento delle basse frequenze resterà quello di progetto.

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20/10/2017, 17:13
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Messaggio Re: Effetto della Temperatura: compressione termica
Discorso molto interessante. I datasheet dei trasduttori professionali ogni tanto riportano il dato.
Dici che aumentando il numero di trasduttori, a parità di potenza, l'effettto di surriscaldamento diminuisce. Mi sento di sottoscrivere :)

Mi chiedevo se il discorso fosse più chiaro se parlassimo di potenza effettiva, rispetto alla potenza nominale.
O meglio i 4 trasduttori soffrono meno, non tanto perchè sono 4, ma perchè ognuno si becca 1/4 della potenza.
Probabilmente se usassimo un solo "grande" trasduttore con potenza nominale 4 volte superiore al singolo trasduttore, otterremmo un risultato simile (in termini di power compression!)

Riprendendo il tuo esempio, per continuità,
20watt ingresso -> 1 wf da 70w nominali -> 1,4db compression
20watt ingresso -> 4 wf da 70w nominali, cioè 280w nominali totali -> 0,1db compression
20watt ingresso -> 1 wf "grosso" da 280w nominali -> ? 0,1db compression ?

Certo dovremmo entrare nel merito di come ogni produttore "ragiona" la tenuta elettrica.

Qua probabilmente inizio un altro discorso. Valuta se staccarlo.
Avrei invece un parziale disaccordo riguardo il concetto che " i parametri degli altoparlanti non subiranno variazioni". Klippel e compagnia hanno sdoganato il comportamento dei trasduttori oltre il regime di piccoli segnali in cui vale il modello T&S.
In particolare c'è una relazione non lineare, ma piuttosto diretta tra escursione e modulazioe di Le, BxL, Rms. Ricordo di aver letto qualche whitepaper in alcuni il produttore (pro) dichiarava di usare queste variazioni per realizzare un "limitatore hardware" che preservi l'integrità del trasduttore in caso di forti segnali.
Ovviamente i trasduttori orientati all'hifi cercano di limitare tali modulazioni, ma di fatto ci sono.
A tal proposito mi sono sempre chiesto una cosa.
A parità di Vd=(Sd*XMax) potrebbero esserci differenze sostanziali tra ottenerle il volume tramite grande superficie e piccolo spostamento oppure piccola superficie e grande spostamento? La mia osservazione parte semplicemente dall'aver osservato che la modulazione dei paramenti è relazionatile all'escursione.
Intendo a parità di pressione ed estensione, quindi mettendoci dentro anche eventuali disparità di efficienza e risonanza fondamentale oppure paragonando diverse soluzioni con caratteristiche simili.

Ciao!


21/10/2017, 9:38
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Messaggio Re: Effetto della Temperatura: compressione termica
I woofer professionali hanno bobine mobili con 100 mm di diametro (contro 25, 38 o al massimo 50 di quelli HiFi) e supporti della bobina mobile in materiali più pesanti e più resistenti al calore (fibra di vetro). Spesso hanno anche dei sistemi di ventilazione per smaltire meglio il calore. Si trovano woofer che sopportano anche oltre 2000 Watt (ma che comprimono anche 4 dB). Le bobine di grande diametro consentono di ottenere BL molto alti (fino a 30 contro 10/11 che si ottiene con woofer HiFi da 10"/12").
Il componente che soffre di più la temperatura sono le colle che arrivano tipicamente a 170°.
Questo significa una escursione termica di 150° che comporta un aumento della RE del 60% (che corrisponde a una perdita di sensibilità di 4 dB). Nel professionale questo è accettabile.
I parametri dell'altoparlante "indipendenti" sono massa, VAS, BL, RE, SD, RMS (i fattori di merito sono derivati). Di questi solo RE e RMS dipendono dalla temperatura (anche BL può soffrire della temperatura ma è meglio che non succeda). Se la variazione di temperatura è bassa i parametri restano stabili (cambiano poco). Mi pare strano che si possa dire il contrario. La non linearità di alcuni parametri rispetto alle grandi escursioni è nota da sempre ed ha altri effetti (distorsione) per semplificare la variazione di Le e del flusso dovuta alla variazione di Le e i break-up della membrana fanno danni in gamma media mentre la variazione di BL e CMS fanno danni in gamma bassa.
Oggi però si possono realizzare sistemi (HiFi) con distorsione dello 0.1% anche in gamma bassa.

A parità di spostamento volumetrico e di SD un woofer "grande" o tanti "piccoli", a parità di SPL prodotto, si spostano esattamente della stessa quantità X. Quindi in linea di principio non dovrebbero esserci differenze almeno finché il sistema irradia in modo omnidirezionale. Le differenze di "suono" vanno cercate, per esempio, nella dispersione e nei break up della membrana che nei woofer grandi e con coni leggeri (carta) si verificano più frequentemente producendo anche sub-armoniche. Tali differenze, a mio parere, sono più evidente nella parte medio-bassa.
Anche l'efficienza è importante ma perché una impedenza alta fa suonare meglio l'amplificatore (non l'altoparlante).

Negli altoparlanti moderni la massima elongazione della sospensione esterna (rim) viene regolata il modo da fermare l'escursione del diaframma prima che la bobina mobile urti la piastra polare (con conseguenti danni meccanici). Oggi lo fanno tutti infatti non si sentono più woofer che sbattono a fondo corsa (nemmeno quelli da 5").

Comunque i woofer professionali ed i woofer per HiFi devono rispondere ad esigenze molto diverse e sono di conseguenza realizzati in modo molto diverso anche se la struttura è sempre la stessa.

La prima ad utilizzare gli anelli di rame per limitare la distorsione in gamma media è stata la Philips (che se non erro brevettò la soluzione) quasi 40 anni fa. Nelle pubblicazioni della Philips-ELCOMA (sempre di quegli anni) era anche riportato la stima della distorsione rispetto alla variazione dei parametri (con il metodo variazionale). Lo stesso Small distingue le piccole oscillazioni dai grandi segnali. Quindi certe conoscenze erano note ben prima che le descrivesse Klippel.

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21/10/2017, 11:37
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Messaggio Re: Effetto della Temperatura: compressione termica
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questo è un woofer da 21" che tiene 1400 Watt per 100 ore.
La resistenz termica di 0.1 è forse anche più bassa di quella reale. Visto che prima abbiamo simulato un woofer da 70 Watt con 20 Watt applicati qui applichiamo 400 Watt (1400/400 = 70/20 =3.5).
Il limite di temperatura è ancora 170° perché quello è il limite delle colle.
La compressione termica risulta ancora di 1.4 dB. Naturalmente l'SPL prodotto con il 21" è molto maggiore.
Applicando "solo" 20 Watt la compressione termica è solo dello 0.1%.

A questo punto uno decide se mettersi in casa un altoparlante da 21" con qualche centinaio di litri di cassa o uno di diametro molto inferiore con una cassa proporzionalmente più piccola.

Qui c'è qualche informazione in piùsul confronto tra woofer "grandi" e array di woofer "piccoli":
http://www.mariobon.com/Articoli_nuovi/232_Efficienza_dell_Altoparlante_4.htm

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21/10/2017, 12:11
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Messaggio Re: Effetto della Temperatura: compressione termica
Leggo con interesse. Condivido fondamentalmente tutto. Nelle tue parole tra l'altro leggo la conferma che l'invariante è il rapporto di 3,5 tra potenza nominale e potenza immessa.
Può essere una buona idea trovare dei "valori tipici" del rapporto tra la potenza nominale e potenza immessa rispetto alle conseguenze sulla compressione.

Specifico di nuovo che il mio discorso va leggermente fuori tema. Non parlo di compressione da surriscaldamento della bobina, ma di compressione da modulazione dei parametri elettromeccanici in funzione dell'escursione. La prima per inciso è legata all'andamento dell'energia che forniamo nel tempo, la seconda è istantanea. Quindi lavorano anche in tempi diversi.

Il discorso della modulazione dei parametri t&s, come avevo premesso è un discorso un po diverso. Non varia in funzione della potenza, ma dell'escursione. Un medesimo trasduttore, con medesima potenza, potrà avere escursione diversa in funzione della frequenza, del carico, dei filtri, ecc. Quindi tipicamente è applicabile per quei trasduttori che vengono usati facendoli muovere "molto rispetto alla loro xmax". A prescindere dalla potenza nominale e della potenza immessa, in termini di energia nel tempo. Eventualmente come potenza nel breve periodo, volendo anche un semiperiodo rispetto alla frequenza di analisi.
Ovviamente, come accennavi, ci sono anche altri effetti oltre alla compressione.
Le mie riflessioni sono figlie della lettura di alcuni documenti. Tanto per capirci meglio, lascio parlare chi ne sa infinitamente più di me.
https://www.klippel.de/know-how/measure ... nents.html
https://www.klippel.de/fileadmin/klippe ... ession.pdf
https://www.klippel.de/fileadmin/_migra ... oms_01.pdf


21/10/2017, 12:47
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Messaggio Re: Effetto della Temperatura: compressione termica
In effetti ci sono delle condizioni in cui lo spostamento dell'altoparlante è molto ampio anche se la potenza applicata è modesta. Questo avviene nei reflex sotto alla frequenza di accordo e nei dipoli. Un reflex può soffrire i sub-sonici prodotti da un giradischi.
Altro caso può essere un medio o un tweeter (con Qt alto) tagliato troppo basso o con un filtro del primo ordine. Tutte queste però sono situazioni frutto di errori di impiego dei dispositivi. Un dipolo va fatto con woofer adatti, un giradischi non dovrebbe produrre sub-sonici e che i cross-over vanno fatti come si deve.

Nei casi "normali" l'escursione della bobina mobile, di dritto o di rovescio, è legata alla potenza che gli arriva in particolare nella parte bassa dello spettro o comunque nell'intorno della frequenza di risonanza. Sta al progettista, in funzione del risultato desiderato, evitare di portare il sistema in condizioni critiche.

La documentazione Klippel è interessante e credo di aver letto tutto o quasi.
Dovendo illustrare l'effetto di determinati fenomeni ha usato degli altoparlanti che mostrassero tali effetti in modo chiaro. Se avesse usato dei woofer Scanspeak con motore SD2 o SD3 o dei Seas con motore Excel tipo 2, i grafici sarebbero stati molto meno rappresentativi.
Con tutta l'ammirazione che ho per il sistema Klippel, una piccola riflessione sul questa misura:
Immagine
personalmente la farei...

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21/10/2017, 17:37
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Messaggio Re: Effetto della Temperatura: compressione termica
Concordo. In fin dei conti la documentazione è fatta per spiegare un sistema di misura. Va da se che siano stati utilizzati trasduttori che mettessero in luce i dati estrapolabili.
Riguardo il grafico riportato, mi sembra faccia vedere la variazione di temperatura con diverse frequenze di test, con diverse tensioni di test.
Di strano vedo che 1v genera un surriscaldamento maggiore di 2v e genera un delta t di 25-25°...

Riguardo all'uso dei trasduttori, è vero che vanno filtrati a modo e caricati a modo per non avere problemi. E' altrettanto vero che di norma la via bassa di un diffusore non è dotata di un passa alto (almeno nell'hifi) e che nel cercare il compromesso tra estensione e tenuta in potenza non è improponibile avvicinarsi alla xmax del trasduttore. Come d'altra parte non è improponibile avvicinarsi alla potenza nominale dichiarata.
Questa discussione mi sembra mirasse proprio a far vedere che situazioni "normali" come quelle di usare un trasduttore entro i suoi limiti di potenza ed escursione in realtà la situazione non sia così rosa come il modello per piccoli segnali di t&s farebbe pensare.

Poi ci sarebbe da ragionare sul fatto che dimensionando in termini di potenze rms, c'è da aspettarsi che in qualche istante ci siano transitori ben maggiori. Energeticamente e termicamente il valore rms è significativo, meccanicamente forse un po meno.


22/10/2017, 10:16
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Messaggio Re: Effetto della Temperatura: compressione termica
Il valore RMS è l'equivalente termico quindi tiene conto, dal punto di vista termico, di tutta la storia del segnale.
Se interessa anche l'aspetto "meccanico" si deve guardare anche al fattore di cresta. In un sistema miltivia si deve guardare al fattore di cresta del segnale all'uscita dei filtri. Ci si accorge allora che all'uscita del passa basso del woofer il fattore di cresta è basso mentre all'uscita del tweeter è alto.
Questo concorda con la potenza che arriva al woofer e al tweeter e con la loro capacità di dissipazione.
Il limiti di escursione, e quindi di SPL, potenza sopportata e distorsione, ci sono sempre. L'unica cosa che possiamo fare quando il sistema "non ce la fa più" è abbassare il volume.


P.S. a proposito della misura di Klippel: bella e interessante ma ha poco a che vedere con le effettive condizioni d'uso. Non credo serva fare una misura per sapere che in corrispondenza del picco di risonanza entra meno corrente e l'altoparlante scalda di meno.

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22/10/2017, 11:05
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Messaggio Re: Effetto della Temperatura: compressione termica
Come giustamente dici, alcuni aspetti dei dati estrapolatili dai documenti e dalle attrezzature citate possono sembrare od essere poco interessanti. Sono comunque dati, da interpretare o da usare a conferma a nostre illazioni. Ritengo meglio ragionare su un dato piuttosto che far finta che non esista quel pezzo di mondo. Mi fa estremamente piacere che non solo tu abbia letto, ma abbia anche ragionato su cosa fosse sensato e cosa no. Ecco perchè insisto nel chiacchierarne con te.

Tra l'altro, ci stiamo dicendo che un trasduttore comprime di DIVERSI db, in condizioni d'uso normale, e siamo in due a parlarne. Alla faccia di chi si scanna per lo 0,1db della sorgente, del finale, del condensatore. Fermo restando che mi interessano anche quegli aspetti, mi stupisco sempre di come spesso non ci sia una visione QUANTITATIVA dei problemi.

Tornando a noi, alla compressione termica e alla mia divagazione su altri tipi di compressione dei trasduttori. Temo che divagherò ulteriormente andando a ragionare sui segnale che poi induce il fenomeno nel trasduttore.

Il valore rms è un dato statistico. E' UN modo di descrivere l'ampiezza di un segnale in un tempo. Se stiamo parlando di segnali non costanti dobbiamo abbandonare alcune utili semplificazioni. L'rms è sufficiente per descrivere l'ampiezza di un tono puro, ma è insufficiente per un segnale più complesso. Parlando di grandezze fisiche, l'rms mi sembra più un dato energetico che di potenza. potenza * tempo = energia

In generale mi sembra che sia concettualmente errato cercare di estrapolare informazioni puntuali da dati statistici. Partendo da un valore rms, "aggiungendo" un fattore di cresta, si ha una informazione statistica del fatto che c'è almeno un picco un tot sopra la media. Non sappiamo assolutamente a quanto sia in picco.
Per sapere quanto vale un picco, bisogna misurarlo. Per altro al giorno d'oggi è piuttosto semplice fare analisi su segnali, magari via software.
Ottenere picco ed rms di ciascuna ottava, oppure picco ed rms di una banda di interesse, magari quella che vogliamo dare in pasto ad un trasduttore. Non è impossibile che l'rms di una banda sia piuttosto diverso da quello di un'altra o da quello di tutto lo spettro.
Inoltre avere un rms calcolato sull'intera lunghezza di un brano (con annessi pianissimi e fortissimi), oppure su intervalli più corti può dare informazioni nettamente diverse.
Il fenomeno di surriscaldamento (e della compressione termica da surriscaldamento) segue dinamiche che risentono dell'inerzia termica, irraggiamento, conduzione. Sono in funzione della storia, come giustamente accennavi, di una certa storia. La bobina non si scalda in funzione della musica di un ora fa e neanche con un solo picco.
Il fenomeno di variazione dei parametri T&S in funzione dell'escursione (se vogliamo possiamo parlare anche solo della compressione), invece ha poco a spartire con la storia del segnale.

In termini fisici, l'ampiezza massima di un brano ha a che fare con la tensione massima della sorgente e del finale, con l'escursione massima di un trasduttore, con la variazione dei costante elastica (mica tanto :)) dei componenti elastici del trasduttore.
L'ampiezza "media" invece ha a che fare con l'energia che un alimentatore deve erogare, che un dispositivo "finale" deve reggere, che il suo dissipatore deve smaltire, che una bobina deve sopportare e smaltire.

A questo proposito può anche aver senso ragionare sul valore rms di un intero brano oppure del valore "integrato" su tempi ad hoc. Ad esempio i valori tipici del "set-up" della temperatura della bobina.

Riguardo al fatto che ad un certo punto dovremmo fare i conti con i limiti fisici ed accontentarci di quel che c'è è chiaro. Trattandosi di un compromesso può aver senso ragionarci su piuttosto che fare spallucce e lasciare che succeda qualcosa. Banalmente basta non estendere troppo un basso o non mettere troppa potenza. Questi discorsi sono intrinseci nei sistemi attivi (diffusori amplificati), mentre alcune volte vengono lasciate un po al caso nei sistemi "hifi". Paradossale!

Spero di non essere il solito "Bastian contrario". Semplicemente è difficile trovare interlocutori su queste tematiche.
Capisco anche che io parlo come un appassionato qualsiasi mentre tu parli a nome di un professionista e puoi sbilanciarti fino ad un certo punto. Preciso che non voglio minimamente estorcere informazioni :) Anzi se mi addentro in argomenti spinosi da trattare in pubblica piazza, fammi un cenno!


23/10/2017, 18:20
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Messaggio Re: Effetto della Temperatura: compressione termica
fab0 ha scritto:
... Non sappiamo assolutamente a quanto sia in picco.

invece lo sappiamo perché il fattore di cresta è proprio il rapporto tra valore di picco e RMS. Caso mai non sappiamo quanti picchi ci sono.

fab0 ha scritto:
...Il fenomeno di variazione dei parametri T&S in funzione dell'escursione (se vogliamo possiamo parlare anche solo della compressione), invece ha poco a spartire con la storia del segnale.

Ma la variazione di RE (che determina la variazione di Qe e Qt) dipende dalla variazione di temperatura della bobina e quindi dalla storia del segnale e principalmente dal valore suo valore RMS

In un altoparlante si devono distinguere almeno tre fenomeni:

- la compressione termica dovuta a riscaldamento "lento" che provoca la diminuzione dell'SPL e la variazione dei fattori di merito. In sostanza è poco udibile perché l'orecchio ha il tempo per abituarsi.

- la compressione di forma (o istantanea) che deforma i picchi di segnale ed è causata dai picchi di segnale che provocano un riscaldamento "di breve durata" e la variazione di CMS e BL (che sono molto più importanti). Questa causa la distorsione di forma e la sua udibilità può non essere importante (è analoga alla compressione introdotta dagli ampli a valvole)

- la distorsione stazionaria (che si misura con segnali stazionari) che si manifesta a partire anche da piccoli segnali e produce distorsione armonica e di intermodulazione. Questa è quella che caratterizza di più un dispositivo e della quale ci si deve preoccupare.

La distorsione stazionaria è la più studiata tanto che è stata definita la JDD (distorsione appena percepibile). Quello che è certo è che un altoparlante non clippa e non presenta intermodulazione dinamica come un ampli a stato solido. L'adamento della distorsione è abbastanza simile a quella di un ampli a valvole in classe A (anche "gradevole").

In questo ambito non ci sono misteri e quindi non ci sono argomenti "spinosi".
Un'altra cosa sono e soluzioni che si possono adottare per risolvere determinati problemi. Alcune potrebbero avere un "valore commerciale". Di quelle non parlano nemmeno i produttori si altoparlanti come Seas e Scanspeak (che a volte però pubblicano su AES).
Di norma quando trovi qualche cosa in letteratura è perchè già la sanno tutti oppure perché "non serve".

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25/10/2017, 8:27
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