Massima corrente richiesta da un sistema di altoparlanti

[MarioBon]

Matti Otala ha pubblicato un articolo dove dimostra che un diffusore acustico può richiedere una quantità di corrente molte volte superiore rispetto a quanto richiederebbe se la sua impedenza fosse pari al valore nominale. Il valore nominale della impedenza può essere 4, 8 o 16 ohm. A parte gli isodinamici e i nastri i diffusori acustici presentano una impedenza variabile con la frequenza. A volte anche molto variabile con escursioni da meno di 2 ohm a oltre 50 ohm. Quello che segue è il grafico dell'impedenza di un diffusore elettrostatico Final Sound:

Questa è una Magneplanar(sempra maggiore di4.5 Ohm)

e questa una B&W con un minimo a 2 Ohm:

Primo problema: quale è l'impedenza della Final Sond? uno potrebbe anche dire 8 ohm perché la media tra il massimo e il minimo è addirittura maggiore di 25 Ohm.
Prendiamo la Final Sound, alimentiamola con una sinusoide alla frequenza dove presenta il minimo di 1.6 Ohm e confrontiamo la corrente assorbita con quella che,assorbirebbe un resistore da 8 Ohm. Otteniamo che la Final Sound assorbe una corrente 8/1.6= 5 volte maggiore. Se invece la alimentiamo con una sinusoide a 50 Hz (dove l'impedenza vale poco più di 80 Ohm) scopriamo che assorbe un decimo della corrente rispetto al resistore.
Passiamo alla Magneplanar. L'impedenza è sempre superiore a 4.5 Ohm e il diffusore è dichiarato da 4 Ohm nominali. Se lo confrontiamo con un resistore da 4 ohm scopriamo che la corrente richiesta è uguale o minore a 0.88 volte quella del resistore da 4 ohm.
Passiamo alla B&W che ha il minimo di 2 ohm a circa 75Hz. Se la alimentiamo con una sinusoide a quella frequenza scopriamo che richiede il doppiodi un resistoreda 4 Ohm e 4 volta la corrente assorbita da un resistore da 8 Ohm.

E' allora chiaro che il risultato di questo confronto dipende dal valore di impedenza assunto come riferimento. E' anche evidente che l'assorbimento di corrente dipende dallo spettro del segnale utilizzato come stimolo.
Consideriamo la B&W. Se utilizziamo un segnale con spettro compreso tra 100 e 500 Hz (dove l'impedenza è bassa) otteremo un valore maggiore di una misura fatta con un segnale con spettro compreso tra 1000 e 5000 Hz.

[MarioBon]

Al contraro, se confrontassimo l'assorbimento di corrente della B&W con quello di un resistore da 2 Ohm troveremmo un valore minore di uno.
Per questo motivo la AES consiglia di considerare come impedenza di un diffusore il valore minimo del modulo dell'impedenza (in corrispondenza di un minimo in genere la fase è nulla). Così facendo:
l'impedenza della Final Sound vale 1.6 Ohm
l'impedenza della B&W vale 2 Ohm
l'impedenza della Magneplanar vale 4.5 Ohm

Confrontando l'assorbimento di corrente di ciascun diffusore con quello di un resistore di valore pari al minimo di impedenza, il coefficiente risulterà sempre (e matematicamente) uguale o inferiore a uno indipendentemente dallo spettro del segnale impiegato per la misura.

Tutto ciò è rigorosamente vero e vale indipendentemente dall'ampiezza del segnale applicato se l'impedenza del diffusore è lineare (non dipende dall'ampieza del segnale applicato).
Se l'impedenza del diffusore dipende dall'ampiezza del segnale, l'impedenza stessa non è lineare e avremo produzione di distorsione di corrente che si tradurrà in distorsione sonora.

In presenza di distorsione di corrente l'impedenza Z dipende dalla tensione applicata e si scrive:
Z = Z(jw, Vin(jw))
In queste condizioni l'impedenza non è più il semplice rapporto tra tensione e corrente.
Come si fa per tutte le quantità non lineari ma linearizzabili la si esprime con la somma di due termini:
Z=Z(jw) + Distorsione(jw,Vin(jw))
dove Z(jw) è l'impedenza misurata per "piccoli segnali" ovvero con segnali che rendono la distorsione trascurabileed il secondo termine rende conto della distorsione.

Come si supera il problema.
Il problema dell'assorbimento di corrente da parte dei sistemi di altoparlanti si supera realizzando sistemi con i minimi di impedenza a norma ovvero maggiori o uguali a 3.2 ohm (valore minimo ammesso per diffusori con impedenza nominale di 4 ohm).

[M.B.]

Come sempre, esposizione chiarissima!
Grazie, Mario.