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I NOSTRI APPROFONDIMENTI
I TRASDUTTORI ISODINAMICI ED A NASTRO
DI FRANCESCO S. PICCIONE
Ogni tanto si vedono e si ascoltano diffusori che riempiono il cuore ed i sogni degli audiofili, grazie all'ingegno umano, capace di realizzare oggetti senza tempo.
PREMESSA
La prova delle Magnepan MG 2.6R realizzata da Pischedda, mi ha spinto a rispolverare il mio libro dedicato alla progettazione dei sistemi di diffusione del suono, ormai in cantiere da diversi anni, ma mai terminato. Per una corretta ed approfondita informazione, ritengo che sia necessario che i nostri lettori siano messi al corrente sul funzionamento degli oggetti di cui leggono le prove, in particolare dei diffusori. In questo modo approfondendo le loro conoscenze in materia audio, possono scegliere con maggiore consapevolezza, avendo la possibilità di decidere qual è la tipologia di diffusori che risponde alle loro esigenze.
E' opinione comune, che le prestazioni degli apparecchi audio, sono legate in parte alle caratteristiche intrinseche dell'oggetto ed in parte al suo costo. Per cui ogni oggetto, fino ad un certo livello costruttivo e di costo, è frutto della sapiente miscela dei compromessi, che conoscendoli anticipatamente, si potrà decidere con calma quello a cui non si è disposti a rinunciare.
Per quanto riguarda gli altoparlanti, la conoscenza approfondita del loro funzionamento, permette agli audiofili di accostarsi a questi oggetti in modo più razionale, ottenendo, qualsiasi siano le loro intrinseche caratteristiche, le massime prestazioni. Ma l'approfondita conoscenza della tecnologia dei trasduttori, avvicina l'audiofilo al mondo della musica, in particolare a quello degli strumenti musicali. L'analogia costruttiva tra gli strumenti musicali ed i diffusori, esiste. Uno strumento musicale che è specializzato per la riproduzione delle basse frequenze è costruito in un certo modo e sfrutta principi della fisica che vengono poi richiamati per la progettazione del diffusore o del singolo trasduttore. Perché poi all'atto pratico, pochi ci pensano: entrambi devono generare onde sonore!
Oggi parliamo di una particolare categoria di trasduttori, appartenenti alla famiglia degli elettrodinamici di forma piatta: gli isodinamici e quelli a nastro o ribbon. In particolare, sfateremo uno sproposito diffuso che solitamente affibbia il termine "Ribbon" ai trasduttori isodinamici, quando in realtà si tratta di due sistemi di pilotaggio della membrana, assai differente.
IL TRASDUTTORE IN GENERALE
Cuore pulsante di un sistema di diffusione del suono è il trasduttore.
Questo è un dispositivo che converte una grandezza, in altra ad essa proporzionale. Nel caso degli altoparlanti, l'impulso elettrico è trasformato in movimento della membrana, che a sua volta genera le onde sonore. Le difficoltà che s'incontrano nel corso del processo di trasformazione, sono ben note, tanto che oltre il 99% dell'energia elettrica viene dispersa, non convertita in suono o pressione acustica, tramite il movimento meccanico della membrana; ciò a causa di numerosi fattori che per brevità tralascio.
Di conseguenza, l'altoparlante è senza dubbio un pessimo dispositivo di conversione del segnale elettrico in movimento meccanico. Tanto pessimo che solitamente quasi tutti i sistemi di diffusione del suono esistenti in commercio, possiedono una efficienza di conversione dello 0,9%.
ricerca scientifica. No comment, ma si sa la madre dei…..
Pochissimi diffusori esistenti in tutto il mondo riescono a superare, in molti casi di poco, la soglia dell'1% di efficienza: sono quasi tutti sistemi a tromba o professionali e raramente i sistemi cosiddetti per audiofili.
L'efficienza di trasduzione non è uno sterile numero.
Esso indica la qualità dell'altoparlante o del diffusore. Occorre però sottolineare, che l'efficienza di trasduzione, affinché sia reale, deve essere distribuita per tutto l'arco di frequenze che il diffusore è chiamato ad emettere, pena l'insorgenza dei buchi dinamici. Quindi non basta che l'efficienza sia ottima a 1.000 Hz, frequenza canonica di riferimento per le rilevazioni tecniche, ma in uno spettro di frequenze che deve essere il più ampio possibile. HI-FIGUIDE ha fissato due tipi di estensione della risposta in frequenza, che indica due tipi di diffusori: quelli di classe esoterica, avente una estensione compresa tra i 40 ed i 20.000 o più Hz, come le MG 2.6R che tra l'altro arrivano a 40.000 Hz; quello di classe hi-end con banda passante compresa tra 16 e i 32.000 Hz o più, come le MG 2.6R abbinate al sub Velodyne.
E' per questa ragione che HI-FIGUIDE indica in minimo di tre vie, a parte casi particolari, il diffusore idoneo per una riproduzione di alta qualità: ogni altoparlante ha una porzione di frequenze in cui eccelle, oltre le quali, per motivi strutturali, comincia ad avere problemi, anche gravi, che di fatto limitano l'efficienza oltre le soglie di migliore funzionamento.
I DIVERSI MODELLI DI TRASDUZIONE
Nel corso della storia dell'evoluzione audio, in ottemperanza con quanto detto poc'anzi, persone di buona volontà hanno creato diversi tipi di trasduttori, il cui funzionamento differisce in maniera apprezzabile, secondo il modello di trasformazione utilizzato. Nelle intenzioni del progettista, ogni trasduttore racchiude le massime prestazioni possibili, fattore che viene fortemente limitato dalla realtà nel corso dell'effettivo funzionamento.
I modelli di trasduttori sono essenzialmente quattro:
1. i magnetodinamici;
2. gli elettrostatici;
3. i trasduttori al plasma;
4. e i recentissimi ideati dall'Audax con membrana in piezopolimero.
Oggi parliamo essenzialmente della categoria dei magnetodinamici. Questi trasduttori basano il funzionamento sulla generazione di un campo magnetico che è in grado far muovere la membrana vibrante. Quindi la caratteristica principale, rispetto agli altri tre modelli elencati, consiste nella presenza di magneti, i quali attraversati da una tensione generano un campo magnetico. Rientrano tra i trasduttori magnetodinamici:
- i classici altoparlanti a cono e a cupola;
- i trasduttori isodinamici;
- quelli a nastro.
L'ALTOPARLANTE ISODINAMICO
Il disegno sopra, riguarda la struttura del QR della Magnepan (utilizzato ad esempio nelle nuove MG 2.7R), ma in grande può perfettamente essere adattata alla costruzione del magnetoplanare per le basse e medie frequenze, semplicemente sostituendo la bobina piatta raffigurata nel disegno con una bobina a sezione tonda, decisamente più stretta.
Si evince quindi che la struttura meccanica dell'isodinamico è differente rispetto al classico altoparlante dinamico (vedere come esempio la foto del midrange Audax PR 170XO).
L'altoparlante dinamico a cono è composto da un magnete di forma circolare, da una membrana vibrante a forma di cono, dalla bobina avvolta alla base di questo cono che viene immersa dentro il magnete e dalla sospensione; il tutto è unito dal cestello.
Nel trasduttore isodinamico invece, la bobina, anziché essere avvolta su un supporto cilindrico attaccato alla base del cono, è incollata a forma di serpentina su una membrana rettangolare piatta, di materiale leggero e sottilissimo, solitamente il mylar o il kapton. La bobina secondo la tipologia costruttiva può essere un semplice filo in alluminio a sezione tonda, oppure nei trasduttori più sofisticati a sezione piatta come si vede nel disegno.
I magneti sono nei trasduttori Magnepan sistemati dietro la membrana ai lati delle linee verticali creati dalla bobina (vedi disegno) e fissati su un telaio portante in acciaio. Questo telaio è dotato di fori tra una fila di magneti e l'altra, che permettono al suono di propagarsi anche posteriormente, attuando così l'emissione a dipolo. Questo telaio, come il cestello nel tradizionale altoparlante a cono, funge anche da supporto per la membrana vibrante che viene fissata nei 4 lati.
In questo modo, costruttivamente l'altoparlante si presenta con una ridotta profondità: da ciò la denominazione di trasduttore piatto, planare o magnetoplanare. Inoltre, l'emissione posteriore è sempre lasciata libera, mai imprigionata in un box chiuso, almeno nella stragrande maggioranza di questo tipo di diffusori.
Il trasduttore isodinamico, contrariamente al classico magnetodinamico a cono o a cupola, si caratterizza per la uniforme distribuzione della forza (forza motrice) che viene applicata per fare muovere la membrana (da ciò il nome di isodinamico). Quando la corrente alternata percorre la bobina, questa interagendo con il campo magnetico, comincia a muoversi, spostando così avanti ed indietro la membrana di mylar su cui è fissata, che a suo volta genera le onde sonore.
I campi di forza non sono però perpendicolari alla membrana, come ad esempio negli elettrostatici, ma trasversali, da Nord verso Sud e viceversa (vedere disegno).
Il termine isodinamico, deriva dal fatto che in teoria, contrariamente ai classici trasduttori a cono, la forza che imprime il movimento alla membrana è applicata in tutta la sua superficie. Nella realtà, come si può ampiamente vedere dal disegno, la forza è applicata nelle zone a ridosso della bobina, tralasciando una piccola parte.
Nel corso degli anni con l'affinamento della tecnica costruttiva, la distanza tra una bobina e l'altra si è sempre più assottigliata, aumentando di fatto la superficie in cui tale forza viene applicata.
Nel disegno in cui è raffigurato il trasduttore Quasi Ribbon della Magnepan, si può notare che l'area in cui la forza motrice non viene esercitata è piuttosto esigua: da qui il termine Quasi Ribbon, evoluzione del classico trasduttore isodinamico, che sta appunto ad indicare la principale differenza tra questo e quello a nastro o ribbon. In quest'ultimo la forza motrice è applicata nell'intera superficie della membrana (come ad esempio anche nell'elettrostatico e nel piezopolimero), mentre nell'isodinamico la porzione è minore ed estesa quanto è la sezione della bobina (che in caso di quella a sezione tonda è ancora meno).
Nel trasduttore tradizionale, invece, la forza motrice è applicata alla membrana dalla bobina avvolta in un cilindro che è attaccato alla sua estremità. Questo cilindro, negli altoparlanti a cono è fissato nella sua parte interna (dietro l'ogiva della foto del midrange); nei midrange e tweeter a cupola, il cilindro su cui è avvolta la bobina, è attaccata nella parte esterna della cupola, non visibile perché immersa dentro il magnete. Quindi la forza motrice che esercita il movimento sul cono e sulla cupola, è applicata su un'area decisamente inferiore rispetto ai trasduttori isodinamici.
Anche in questo caso il miglioramento della tecnica costruttiva ha contribuito a migliorare la capacità di trasformare il movimento meccanico in suono. Tra i diversi, il più evidente è quello della notevole diminuzione della profondità dei coni degli altoparlanti, in particolare dei midranges (come l'Audax raffigurato nella foto), della leggerezza dei materiali di cui è composta la membrana vibrante e della generale diminuzione degli attriti.
Continua in HI-FIGUIDE n. 10, Febbraio 2008.
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