Woofer con doppia bobina e Subwoofer

[MarioBon]

Normalmente la bobina di un woofer è costituita da un unico avvolgimento su più strati (due o quattro, raramente uno). La lunghezza del filo avvolto è molto importante perchè la forza cui è soggetta la bobina è proporzionale:
- all'intensità del campo magnetico nel traferro
- alla lunghezza del filo L
- all'intensità della corrente i che percorre la bobina
La forza che agisce sull'apparato mobile dell'altoparlante è F=BLi

Nei woofer a doppia bobina l'avvolgimento è costituiro da due bobine avvolte una sull'altra accessibili separatamente.
In sostanza il woofer ha quattro morsetti (invece di due) due fanno capo alla prima bobina e due fanno capo alla seconda.
Due bobine avvolte usa sull'altra formano un trasformatore (in questo caso con rapporto 1:1). Il coefficiente di mutua induione tra le due bobine (strettamente avvolte una sull'altra= può essere posto a 1 (M=1).

Le due bobine possono essere collegate tra loro in diversi modi:
- in serie (nello stesso verso) => è come se l'altoparlante avesse una unica bobina di lunghezza doppia rispetto alla bobina singola
- in parallelo (nello stesso verso) => è come se l'altoparlante avesse una unica bobina di pari lunghezza ma doppia sezione rispetto alla bobina singola
- si può collegare una sola bobina lasciando l'altra aterta, chiusa in corto, chiusa su una impedenza.

Se le bobine sono collegate (in serie o in parallelo) ma con versi opposti producono due forze e contrarie ed il diaframma dell'altoparlante non si muove (ul woofer non suona ma si scalda).
E' anche possibile pilotare una bobina e usare la seconda per controllare il moto della prima (o alterare i parametri di Small). Questo è stato fatto in passato
- da Infinity (woofer di Watkins)
- da Focal (che ha usato la seconda bobina per modellare la risposta in frequenza dei woofer).
- dal sottoscritto nel 1988 (kit pubblicato da SUONO) http://www.mariobon.com/1988_KIT_Focal.pdf
Di recente una seconda bobina (fissa nel traferro) è stata utilizzata da Eighteen Sound per rendere costante l'impedenza (annullare l'induttanza e ridurre la distorsione).


https://www.audioreview.it/prove/diffus ... ce-90.html

[MarioBon]

La forza che agisce sull'apparato mobile dell'altoparlante è F=BLi
nell'altoparlante a doppia bobina, se non ci fosse induzione tra le due bobine, la forza totale sarebbe data dalle somma

F = BL i1 + BL i2

dove
B è il campo nel traferro
L la lunghezza di una bobina
i1 e i2 le correnti che scorrono nelle due bobine
In realtà le due bobine non hanno esattamente la stessa lunghezza e la corrente che circola in una bobina induce una corrente nell'altra e viceversa.
Ma non complichiamo troppo le cose.

Il woofer a doppia bobina è utilizzato per riprodurre, con un unico altoparlante, i canali destro e sinistro di un programma stereofonico (per esempio in automobile).
Questo può essere fatto perchè le frequenza basse (sotto 100 Hz) sono registrate in monofonia (canale destro=canale sinistro).
Questa consuetudine (registrate le basse in mono) deriva dalla limitatazione delle dimensione del solco dei dischi in vinile. Con i CD Audio ed i file musicali questa limitazione non esiste ma la consuetudine sembra sia rimasta. Ci sono registrazioni dove le basse frequenze non sono monofoniche.

Comunque quando le due bobine sono pilotate dai canali destro e sinistro di un programma stereofonico il contenuto monofonico è riprodoto correttamente, le differenze tra il canale destro e sinistro sono riprodotte molto attenuate.

In generale, dato che i woofer a doppia bobina sono usati prevalentemente in automobile, i parametri del woofer sono ottimizzati per l'uso su "schermo infinito" (VAS basso, risonanza bassa, massa elevata, SPL basso). In automobile si usano altoparlanti a bassa impedenza da quattro Ohm, due Ohm e anche meno. E' normale che l'impedenza di un woofer a doppia bobina sia 2+2 Ohm (ogni bobina 2 Ohm). Con le bobine in parallelo il carico si riduce a un Ohm.

[MarioBon]

I parametri di Small di un woofer a doppia bobina cambiano a seconda di come sono connesse le bobine.

Supponiamo che il woffer sia specificato 2+2 Ohm e che RE sia dichiarata 3.88 Ohm
significa che i parametri si riferiscono al woofer con le due bobina in serie (che produce il BL più alto).

Per ottenere i parametri di Small del woofer pilotato da una bobina singola (a partire dalle bobine in serie) si deve operare come segue:

BLserie va diviso per due
REserie va diviso per due
QesSerie va diviso per due

Qms, F0, SD, VAS, Mmd restano gli stessi

Per ottenere i parametri di Small del woofer pilotato da due bobine in parallelo (a partire da bobina singola) si deve operare come segue:

BLserie rimane invariato
REsingola va divisa per due
QesParallelo = QesSerie
SPL con bobine in parallelo = SPL con bobina singola + 6 dB

Segue un esempio per un woofer da 8 pollici 6+6 Ohm

Notare il rapporto BL/RE

Si potrebbe dire molto altro ma è meglio non esagerare. Il circuito elettrico equivalente è mostrato nel primo post.
Conviene usare un woofer concepito per l'uso su schermo infinito in automobile per HiFi domestica? Dipende da quello che serve. Se serve un sub con ingombro molto ridotto e si dispone di amplificatori che lavorano su carichi di uno o 2 Ohm un sub da automobile potrebbe essere la risposta (anche se non la più economica).

[MarioBon]

Si può realizzare un sub woofer a doppia bobina utilizzando due woofer a bobina singola montati in push pull meccanico (vedi figura)



Parametri della coppia di woofer in push pull sono:

Fo => la stessa
Fattori di Merito => gli stessi
Massa => il doppio
VAS => la metà
SD => la stessa
RE => la metà
BL => lo stesso
SPL => lo stesso
rendimento => la metà

il vantaggio sta nel dimezzamento di VAS che consente di dimezzare il volume a parità di estensione verso il basso e la decisa riduzione della distorsione sia armonica che di intermodulazione. Il prezzo da pagare, oltre al raddoppio del costo, è il dimezzamento dell'impedenza elettrica.

Per esempio dato un woofer con VAS di 200 litri e risonanza minore di 25 Hz (vedi Dayton Audio), usandone due in push pull si può fare un sub in cassa chiusa da 40 litri (o anche meno).

[NomeUtente]

...
Si potrebbe dire molto altro ma è meglio non esagerare. Il circuito elettrico equivalente è stato pubblicato da SUONO negli anni '80.
...

Un articolo a firma tua. Giusto?
Ultimamente ho recuperato in un mercatino vecchie riviste e sfogliandole ho notato una realizzazione con woofer a doppia bobina Focal.

[MarioBon]

Volume Minimo e Volume Ottimale

Ridurre il volume di una cassa, in particolare un Subwoofer, è desiderabile ma c'è un limite:

il volume della cassa deve essere almento 20 volte maggiore dello spostamento volumetrico dell'altoparlante (contrariamente le variazioni di pressione all'interno del volume diventano non lineari).
Per esempio prendiamo un subwoofer da 12 pollici con

SD= 530 centimetri quadri
Xmax = 14 mm

lo spostamnto volumetrico (SD Xmax) vale 7420 cm2 x mm pari a 0.7420 litri ed il volume minimo risulta pari a
0.7420 x 20 = 14.84 litri.
Se la frequenza di taglio è fissata a 100 Hz con filtro passa basso del quarto ordine (24 dB/ott), all'interno della cassa non si dovranno formare onde stazionarie inferiori a 400 Hz (che saranno attenuti di circa 48 dB). Ne segue che la dimensione massima della cassa deve essere inferiori a 43 cm. Un cubo di 43 cm di lato possiede volume di 79.5 litri.

Ne segue che il volume ottimale per un subwoofer tagliato a 100 Hz (pb 4^ ordine) sta tra 30 e 80 litri.
In questo caso non è necessario disporre materiale fonoassorìbente all'interno del volume e nemmeno sulle pareti interne. La cosa è particolarmente vantaggiosa nei sistemi reflex. Si consiglia di realizzare la cassa con MDF da 25 mm di spessore opportunamente rinforzato ed irrigidito (bracing).
Eventualmente stendere dell'antirombo (quello da automobili) sulle superfici interne.
https://www.topcolorstore.com/prodotto/ ... ro-400-ml/

Mancano solo cinque considerazioni:
. la cassa chiusa è l'unico tipo di carico che consente di riprodurre frequenza arbitrariamente basse
. la cassa chiusa produce meno intermodulazione del reflex
. la risposta della cassa chiusa si adatta meglio all'ambiente
. i woofer moderni sopportano migliaia di Watt
. sono disposnibili amplificatori da migliaia di Watt.

Anche se non è il sistema più efficiente un sub in cassa chiusa è il più adatto per la riproduzione HiFi domestica.

[MarioBon]

...
Si potrebbe dire molto altro ma è meglio non esagerare. Il circuito elettrico equivalente è stato pubblicato da SUONO negli anni '80.
...

Un articolo a firma tua. Giusto?
Ultimamente ho recuperato in un mercatino vecchie riviste e sfogliandole ho notato una realizzazione con woofer a doppia bobina Focal.

http://mariobon.com/1988_KIT_Focal.pdf
in coda ci sono dei diffusori apparsi qualche tempo dopo realizzati con lo stesso principio.

[Coltr@ne]

Mario che bel progetto, non lo conoscevo, eri gia bravo da "piccolo" , che caratteristiche vanno ricercate per un woofer moderno?

[MarioBon]

Mario che bel progetto, non lo conoscevo, eri gia bravo da "piccolo" , che caratteristiche vanno ricercate per un woofer moderno?

per un midwoofer:

- anelli di demodulazione (bassa induttanza)
- cappuccio di rame sul polo centrale (bassa induttanza vsd Philips, Scanspeak SD e Seas Excel)
- bobina avvolta all'interno ed all'esterno del supporto (vds. ISV)
- diaframma rigido (per es. alluminio) (assenza di sub armoniche, break up fuori banda)
- diaframma con profilo semi esponenziale oppure piatto (vds Vienna Acoustic)
- cestelo rigido (pressofuso)
- motore underhung (traferro più alto della bobina => bassa distorsione)
- Traferro ottimizzato con FEM
- Traferro ventilato (vds JBL e Beyma)
- rim (bordo esterno) non risonante (vds Purifi e altri a cominciare da Olson 70 anni fa)
- supporto bobina non conduttivo (no carta e Nomex)
- Xmax (spostamento lineare)
- Xvar (spostamento che causa un danno meccanico irreversibile)
- magnete al neodimio se è importante ridurrre il peso altriment ferrite. No AlNiCo.

Per un subwoofer si può essere meno esigenti.
La più difficile per un woofer è il motore underhung (quasi normale per i tweeter e non raro nei medi). Vedere i sub Aura Sound
Nota: non sono un fan delle ogive anche se le ho adoperate.

[MarioBon]

dal 3D "Filtri progressivi con woofer doppia bobina" (ora cancellato)

E' possibile progettare una cassa con filtri progressivi con woofer doppia bobina ?

Si.
Un altoparlante a doppia bobina può essere usato in molti modi:

- pilotando una sola bobina
- pilotando una sola bobina usando l'altra come sensore per una controreazionee come compensazione (1983)
- pilotando le due bibine in serie
- pilotando le due bobine in parallelo
- pilotando le due bobine in quasi parallelo (Focal)
- pilotando le due bobine in quasi serie

Non so perchè ma mi torna in mente un articolo intitolato UN DIFFUSORE DIVERSO apparso su SUONO n°177 (Febbraio 1988)

è questo:
http://mariobon.com/1988_KIT_Focal.pdf