Se siete ferrati nel campo dell’acustica potreste già sapere come funziona un altoparlante e da cosa è composto. Forse siete esperti di elettronica oppure appassionati musicisti, allora benissimo! Ma se invece non avete la più pallida idea di come funzionino, be’, siete nel posto giusto. Siamo circondati da altoparlanti. Il nostro udito è un miracolo della natura, perché, in teoria, senza un organo che capti le onde sonore, il suono non ‘esiste’. Siamo noi esseri viventi a percepire il suono come tale. Ci troviamo nella nostra confortante sfera azzurra, una sfera musicale che danza noncurante nel cosmo. In questo articolo procederemo per tappe: per prima cosa parleremo dei primi altoparlanti e della scoperta dell’elettromagnetismo (fondamentale per gli altoparlanti moderni), poi spiegheremo quali sono le componenti di un altoparlante magnetodinamico (il più diffuso) e infine come funziona.
I primi altoparlanti e scoperta dell’elettromagnetismo
I primi altoparlanti della storia sorgono nei primi decenni del ‘900, all’alba di solenni rivoluzioni scientifiche che scossero la comunità globale. Nel caso degli altoparlanti ebbero un ruolo primario gli studi sull’elettromagnetismo, quella branca della fisica che si concentra su fenomeni di natura elettrica e magnetica e sulle loro correlazioni. In particolar modo, l’occhio scientifico usò una ‘lente’ per studiare l’interazione tra i campi elettrici e quelli magnetici. Tali conoscenze trovarono applicazione nei moderni altoparlanti. Prima di allora furono concepiti dei timidi tentativi, tra cui, lo ricordiamo, quelli di Thomas Edison e Magnavox, strumenti a corna che funzionavano senza impulsi elettrici, tra cui il fonografo. Grazie ai futuri amplificatori elettrici diventò possibile espandere fedelmente un certo suono in ampi spazi pubblici.
Breve cenno storico
Prima del 1925, cominciarono ad apparire le prime voci della radio, le quali si occupavano di diffondere cronache. Usavano appunto gli strumenti vecchi sopracitati e presto furono sostituiti dai primi altoparlanti elettrodinamici a bobina mobile, inventati dall’azienda colosso General Electric. Fu inventato nel 1925 dai dipendenti Edward W. Kellogg e Chester W. Riso. Siano lodati. Ecco perché dovemmo aspettare il 20esimo secolo per gli altoparlanti moderni: proprio perché prima la fisica dell’elettrodinamica era rimasta in un territorio inesplorato, in aggiunta a certe conoscenze sulla radio, chimica, meccanica e onde audio. Le invenzioni esistono e si diffondono perché la creatività umana incontra i tempi giusti, altrimenti avremmo perlopiù dei Leonardo da Vinci. Cavalcare l’onda delle rivoluzioni scientifiche è la giusta metafora. Oggi esistono gli altoparlanti wireless, attraverso la tecnologia bluetooth, tecnologia senza fili che ha reso le nostre vite più comode.
Adesso vi spiegheremo in maniera semplice come funziona l’altoparlante magnetodinamico. E in primis, dobbiamo studiarne le componenti. Prendetevi una bella tazza di caffè o tè, richiederà un goccio di concentrazione. Bene, via!
Componenti di un altoparlante
L’altoparlante è un dispositivo che converte il segnale elettrico in onde sonore, né più né meno. Il suono è generato da una serie di compressioni e decompressioni dell’aria, grazie al tipo di materiale eterogeneo presente nel dispositivo. Con l’evolversi dei diffusori acustici, le strutture si sono diversificate, ma bene o male quasi tutti gli altoparlanti presentano le stesse caratteristiche morfologiche. Le componenti principali di un altoparlante sono:
1 – Magnete permanente. Secondo il dizionario, si definisce magnete permanente un corpo che è stato magnetizzato e crea quindi un proprio campo magnetico autonomo.
2 – Cestello di supporto, ovvero la struttura portante della cassa, in modo da tenere compatto l’intero dispositivo.
3 – Spider, sospensione inferiore del cono e supporto bobina mobile. Lo spider è la sospensione elastica che mantiene centrata la bobina mobile.
4 – Sospensione elastica che permette al cono di muoversi, emanando così le onde sonore.
5 – Cono dell’altoparlante. Il cono dell’altoparlante è composto da carta ma l’industria manifatturiera si sta pian piano spostando verso il grafene, il materiale più leggero e resistente in assoluto. Il cono in figura è la componente che permette di riprodurre le basse e medie frequenze di quasi tutti gli altoparlanti, talvolta può essere piatto o a forma di cupola.
6 – Bobina mobile. È la bobina di filo attaccata all’apice del cono di un altoparlante, formata da un collare, un formatore e un avvolgimento. Sono talvolta realizzate il più leggere possibile, rendendole delicate. Far passare eccessiva corrente attraverso la bobina può provocarne il surriscaldamento. Molti altoparlanti hi-fi e quasi tutti i diffusori professionali a bassa frequenza (woofer) includono prese d’aria nel sistema magnetico per fornire il raffreddamento della bobina mobile.
Come funziona un Altoparlante
Un magnete permanente inserito in fondo alla cassa genera un campo magnetico nel quale è immersa una bobina mobile, collegata al cono dell’altoparlante. 2. Quando un segnale audio viene spedito attraverso la bobina vocale e la forma d’onda musicale si muove su e giù, la bobina vocale viene attratta e respinta dal magnete permanente. 3. Poi quando alla bobina viene applicato un segnale elettrico da parte del magnete, il campo elettromagnetico che si genera la fa muovere permettendo al cono di comprimere e decomprimere l’aria producendo un’onda sonora.
Un altoparlante di ottima fattura dovrebbe essere composto dalla parte mobile molto leggera mentre quella fissa, come il cestello, deve essere ben fissato, altrimenti avrebbe difficoltà a produrre onde sonore di eccelsa qualità. I migliori woofer sono dotati di un cestello in alluminio pressofuso.
Siccome un altoparlante è incapace di produrre l’intero spettro delle frequenze udibili, vengono messi in commercio più tipi di altoparlanti, quelli a bassa frequenza e quelli ad alta frequenza. È un limite intrinseco del dispositivo, giacché è una macchina elettrica incapace di compensare ai problemi di distorsione o linearità. Insomma ogni altoparlante, in base alle esigenze, va costruito ad arte. Qui di seguito elenchiamo i tipi di altoparlante.
Tipi di Altoparlante
- SubWoofer (da 20 a 120Hz): è un altoparlante woofer o un diffusore acustico dedicato alla riproduzione di suoni e rumori a bassa frequenza. Un suo impiego è metterlo in coppia ad uno speaker ad alta frequenza, in modo tale da coprire un maggiore spettro sonoro. I primi subwoofer vennero applicati ad esempio nelle sale cinematografiche, allo scopo di riprodurre fedelmente i terremoti dei film. Ricordiamo Terremoto (1974) di Mark Robson.
- Woofer (da 120 a 2KHz): altoparlante progettato per riprodurre le frequenze basse della gamma audio. Se il subwoofer riproduce suoni estremamente bassi, il woofer si occupa di riprodurre la vasta gamma di quelle basse.
- MidWoofer (80-4500Hz): riproduce le frequenze medio-basse. Non è nient’altro che un woofer con particolari accorgimenti per permettergli di riuscire a salire un po’ di più in frequenza.
- MidRange (da 2-3KHz a 6-10KHz): necessitano di un supporto Tweeter o Woofer per funzionare a meglio. Questi diffusori acustici non sono in grado di produrre lo spettro estremamente basso o alto, spesso suonano noiosi o piatti, ecco perché necessitano di un accoppiamento con altri diffusori.
- Tweeter (da 6-8Khz a 16-20Khz): è l’altoparlante atto alla riproduzione dele frequenze più alte dello spettro, ma non sempre è così.
- SuperTweeter (oltre i 18KHz): da definizione, un altoparlante, spesso dalle dimensioni contenute, che viene abbinato negli impianti casalinghi o nelle configurazioni hi-fi da automobile. Il suo scopo è quello di ricreare una più realistica scena sonora, che sia coinvolgente.
- Full Range (altoparlanti a larga banda): riproducono quanto più possibile l’intero spettro sonoro.
Gli altoparlanti funzionano così: convertendo l’energia elettrica in energia meccanica generano movimento. L’energia meccanica di conseguenza comprime l’aria e converte il movimento in energia sonora o livello di pressione sonora (SPL). La risposta in frequenza è la potenza dell’uscita di un altoparlante a frequenze diverse. La risposta in frequenza ideale per un altoparlante è ben piatta. Ciò significa che l’altoparlante dovrebbe avere lo stesso livello (volume) a bassa frequenza di quello che è nei medi o negli alti. Gli altoparlanti a basse frequenze devono spingere tanta aria, infatti proprio per tale motivo i woofer hanno un cono grande. Viceversa, i Tweeter e SuperTweeter necessitano di coni piccoli, perché in questi casi gli altoparlanti devono muoversi rapidamente.
Conclusione
Gli altoparlanti di oggi in realtà sono ancora una tecnologia piuttosto limitata, per il semplice fatto che meno dell’1% della potenza di un diffusore acustico viene convertito in suono. Gran parte è dovuto dai materiali di cui è composto, un limite tecnico e morfologico. Grazie ad un materiale scoperto di recente, il grafene, l’industria dei diffusori acustici potrebbe subire una rivoluzione sonora a tutti gli effetti. Anche i problemi di durata batteria cambieranno grazie al nuovo materiale. Ma cos’è di preciso il grafene? È una membrana di grafite, costituita da uno strato monoatomico di atomi di carbonio, resistente come il diamante e flessibile come la plastica. La botte piena e la moglie ubriaca in sostanza. Un materiale dalle due peculiarità così opposte e che ne fa i punti di forza permette agli altoparlanti un suono efficace ed efficiente.
E con ciò concludiamo la nostra spiegazione su come funziona un altoparlante odierno e quali sono i suoi componenti, osservazione poco banale, perché dall’esterno un altoparlante può apparire semplicissimo, e invece no! Se vi è piaciuto questo articolo seguiteci per leggere altri articoli. Spieghiamo come funziona una certa tecnologia in maniera semplice, in modo che un neofita possa imparare senza troppe difficoltà. Dopotutto, oggi siamo circondati dalla tecnologia. Impararla può darci una mano nel quotidiano.
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