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Casse acustiche

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Progetto delle casse acustiche ermeticamente chiuse e bass reflex

Thiele e Small - parametri altoparlanti.
A cosa servono i parametri altoparlanti, altrimenti chiamati parametri di Thiele&Small, dai nomi degli sperimentatori che li divulgarono?
Immaginiamo di voler valutare un auto, non per la marca e modello ma per le caratteristiche tecniche del motore. Similmente, la valutazione di un altoparlante può avvenire leggendo i parametri. Quando i ricercatori Thiele e Small divulgarono i loro studi sui trasduttori, credo che i più esultarono credendo che, da quel momento in poi la strada verso l'alta fedeltà sarebbe stata sgombrata da ogni ostacolo. In effetti, almeno in parte, questo si è verificato: come faremmo senza i parametri di T&S a simulare il comportamento di un woofer montato nella sua cassa? Dovremmo costruire un prototipo e poi modificarlo sulla base delle nostre sensazioni d'ascolto. Non che in passato l'esperienza non sia stata fatta e con notevoli successi, ma erano le nostre sensazioni d'ascolto che ci fornivano le risposte e ci suggerivano le modifiche da fare, sia alla cassa sia al crossover passivo. I modelli matematici , le cui basi furono gettate da T&S, partendo dal comportamento di un altoparlante in aria libera e da una serie di misure effettuate sul driver stesso, ci consentono di prevedere il comportamento del sistema altoparlante-cassa. Il metodo appena descritto, seppur non scevro da elementi imponderabili, evita ai progettisti di commettere errori macroscopici e ciò è tanto più vero, quanto più si opera in gamma bassa: risulta chiaro a tutti che, un tweeter non sarà condizionato dal volume di nessuna cassa acustica (con le dovute eccezioni).

Fs= Frequenza di risonanza di un altoparlante in aria libera. Alla Fs le oscillazioni del cono sono massime ed in concomitanza del fenomeno si manifesta la massima Impedenza. Ne scaturisce che l'atoparlante raggiunge la massima efficienza proprio alla Fs.

Rs o Re= Resistenza in corrente continua della bobina mobile ohm

Qms=Fattore di merito dell'altoparlante dovuto alle resistenze meccaniche (Q meccanico)in altre parole fattore di merito meccanico di un altoparlante alla frequenza di risonanza, considera le parti meccaniche. E' un dato adimensionale, cioè privo di unità di misura, rappresentato da un numero puro.

Qes=fattore di merito elettrico di un altoparlante alla frequenza di risonanza, considera le parti elettriche. E' un dato adimensionale, cioè privo di unità di misura, rappresentato da un numero puro.

Mms=é il peso dell'equipaggio mobile espresso in grammi. Per equipaggio mobile s'intende il cono, la bobina con relativo supporto e le sospensioni. Il peso dipende dal tipo di materiale usato per lo stampaggio del cono.

Sp=Area attiva della membrana (area del pistone equivalente dell'altoparlante)

Xmax=è la massima escursione del cono in un solo senso ed è espressa in mm. Maggiore è questo numero e maggiore è la pressione acustica ottenibile. m

Le= è l'induttanza elettrica del conduttore avvolto sulla bobina mobile dell'altoparlante ed è espressa in milliHerny (mH). L'induttanza è misurata su valori di frequenza standard, diversi a seconda che si tratti di un woofer o un tweeter. Nella fase di funzionamento l'induttanza assume valori oscillanti tra un minimo ed un massimo che hanno una relazione con l'induttanza misurata. Possiamo paragonare l'induttanza alla resistenza, ma è ben altra cosa

Spl=SENSIBILITA' (dB/1W/1m), esprime il rapporto tra il livello sonoro e la tensione elettrica applicata ed é espressa in dB/SPL, viene misurata ad un metro di distanza in camera anecoica. Un'alta sensibilità permette a parità di potenza applicata di avere maggiore pressione sonora. Valori medi sono 89-91 dB

Con la chiusura di un altoparlante in una cassa di volume Vab si diminuisce la cedevolezza delle sospensioni dell'equipaggio mobile. Infatti le molecole d'aria si oppongono elasticamente al moto del cono dell'altoparlante. Come conseguenza sia la frequenza di risonanza che il fattore di merito Qtc aumenteranno rispetto ai valori assunti in aria libera fs e Qts. Si può scrivere la relazione approssimata fondamentale:

L'aumento della risonanza dell'altoparlante in cassa è dovuto al rapporto a tra il volume equivalente alla cedevolezza dell'altoparlante Vas e il volume della cassa Vab. Più grande è a più grande èl'incremento della frequenza di risonanza; per contenere la frequenza di risonanza occorre che le casse abbiano un volume elevato. La relazione che lega tutti i parametri dell'altoparlante e della cassa acustica è:

Le figg. danno direttamente, noto il Qts dell'altoparlante, il rapporto a = Vab/Vas per un prefissato valore di Qtc: in fig.44 è QTC =0,707 e in fig. 45 è QTC = 1. Nel secondo caso si ottiene una notevole ricchezza di note basse con volumi inferiori alla cassa.

Per valori di QTC diversi da 0,707 e 1 il rapporto a si può calcolare con la formula precedente. Noto Vas si risale al volume Vab netto della cassa. Per le dimensioni si consigliano i rapporti 1 : 1,62 : 0,62. La cassa chiusa corrisponde in pratica ad un filtro passa-alto del 2° ordine, con la ben nota curva di risposta, per diversi valori di Qtc, mostrata in fig. 46.
Per decidere quale risonanza e fattore di merito si vogliono ottenere dalla cassa chiusa, si deve tener presente che un altoparlante ben smorzato (Qtc basso) segue le variazioni del segnale d'ingresso mentre un cattivo smorzamento (Qtc alto) comporta la presenza di oscillazioni della membrana, anche una volta cessato il trasitorio. Per contro Qtc basso significa una forte attenuazione alla risonanza (per Qrc = 0,5 si hanno - 6 dB alla risonanza, per Qrc = 0,707 si

hanno - 3 dB alla risonanza). Si consiglia per Qtc un valore compreso tra 0,707 e 1; nel primo caso si parla di allineamento B2 o Butterworth del 2° ordine, nel secondo caso di allineamento Chebychev.

Procedura di progettazione


In particolare la procedura di calcolo da me applicata può essere così riassunta:

- Misura dei parametri reali degli altoparlanti

- Simulazione di cassa chiusa e aperta con WinISD.Calcolo dei valori dei componenti del circuito equivalente elettrico degli altoparlanti.

- Inserimento del circuito equivalente così calcolato nello schema di simulazione Microcap unitamente ai parametri del crossover attivo o passivo e di quelle altre grandezze che possono interessare la risposta del sistema.

- Calcolo dei cross-over

- Ottimizzare i parametri a disposizione per ottenere il risultato voluto. Microcap ha una funzione di ottimizzazione che aiuta notevolmente questa fase.

Ultimo aggiornamento Martedì 15 Marzo 2011 03:37  

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