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Come funzionano gli altoparlanti? Una guida per i super relatori con diagrammi

Hai mai ascoltato musica e ti sei chiesto come un altoparlante può creare suoni? In questo articolo dettagliato, utilizzando clear spiegazioni e schemi, ti spiego come funzionano.

Imparerai anche:

Per prima cosa:cosa c'è dentro un altoparlante?

Un altoparlante a volte viene chiamato altoparlante elettrodinamico perché trasforma l'elettricità in movimento attraverso i campi magnetici creati dal segnale elettrico musicale. Un driver dell'altoparlante è un unico gruppo di altoparlanti utilizzato per mettere insieme un sistema di altoparlanti.

Cosa c'è dentro un altoparlante?

La maggior parte degli altoparlanti è composta dalle seguenti parti che lavorano insieme per creare il suono:

Cosa fa un cono dell'altoparlante?

Un cono dell'altoparlante (chiamato anche diaframma) è il componente principale dell'altoparlante responsabile della creazione di un'onda sonora ogni volta che muove l'aria avanti e indietro rapidamente. Questi sono in genere realizzati con materiali leggeri ma rigidi come carta pressata, plastica, fibra di carbonio o persino metallo sottile.

Il nome "cono" dell'altoparlante si riferisce alla sua forma:una forma a cono rovesciato con un'apertura centrale in cui è fissato il gruppo bobina e bobina. Un cappuccio antipolvere è fissato al cono sopra questa apertura nella parte inferiore per impedire l'ingresso di contaminanti. Questi sono entrambi supportati nella parte inferiore da un materiale rigido ma flessibile a volte chiamato "ragno".

Il tipo e il design dipendono dall'altoparlante. Ad esempio, i subwoofer producono onde sonore dei bassi molto grandi e un notevole movimento dell'aria e richiedono un design più spesso e rigido.

Al contrario, i tweeter utilizzano un design molto piccolo, a forma di cupola e leggero per prestazioni a frequenza più alta poiché questa gamma sonora utilizza onde sonore più piccole.

Cosa fa un magnete per altoparlanti?

I magneti degli altoparlanti sono solitamente un magnete permanente (solitamente un materiale magnetico di tipo ceramico o al neodimio) con un sottile spazio circolare in cui è sospesa la bobina mobile. Il magnete fornisce un'area del campo magnetico stabile che attrae o respinge la bobina mobile.

Poiché la bobina sviluppa un campo magnetico, in un certo senso è un po' come un elettromagnete. I magneti al neodimio sono più forti per le loro dimensioni (campi magnetici più densi) ma i magneti in ceramica, sebbene più grandi, sono più convenienti. Questo è uno dei motivi per cui i magneti in ceramica sono più popolari per l'uso degli altoparlanti.

Alcuni, ma non tutti, i magneti degli altoparlanti hanno un foro al centro per aiutare a ventilare la bobina mobile e mantenerla fresca.

Cos'è un altoparlante a doppia bobina mobile?

Gli altoparlanti a doppia bobina offrono un secondo avvolgimento della bobina mobile nello stesso altoparlante e sullo stesso gruppo bobina della bobina mobile. Questi tipi di altoparlanti consentono alcune opzioni aggiuntive che gli altoparlanti single coil non offrono:

Troverai molto spesso subwoofer disponibili in una versione a doppia bobina per un po' più di soldi.

Sebbene offrano più opzioni di configurazione del cablaggio, gli altoparlanti a doppia bobina vocale (DVC) non offrono prestazioni migliori rispetto alle loro controparti a bobina singola (SVC).

Inoltre, altoparlanti come i tweeter per gli acuti e gli altoparlanti di gamma media per strumenti e voce non sono normalmente realizzati in una versione a doppia bobina.

Esempi di due bobine di altoparlanti con doppia bobina vocale. A sinistra:le due bobine non sono insieme mentre (a destra) in questo esempio sono sovrapposte l'una all'altra.

Come funzionano gli altoparlanti? Spiegazione passo passo + diagramma animato

In questo diagramma animato puoi vedere come funziona un altoparlante. Uno stereo o un amplificatore pilota l'altoparlante con un segnale elettrico che si alterna da positivo a negativo sotto forma del segnale musicale.

Mentre lo fa, la corrente elettrica scorre attraverso la bobina mobile dell'altoparlante, creando un campo magnetico che lo fa avvicinare o allontanare dal magnete mentre cambia da positivo a negativo. Questo muove il gruppo del cono che crea onde sonore mentre l'aria si muove rapidamente. Gli altoparlanti utilizzano la corrente alternata (AC) che cambia direzione (polarità) proprio come le onde sonore nella vita reale.

Come funzionano gli altoparlanti, diagramma completo

Un altoparlante (indicato anche come altoparlante, un nome del passato) utilizza un segnale di alimentazione elettrica a corrente alternata (AC) e viene pilotato da uno stereo o da un amplificatore.

Il segnale elettrico per l'altoparlante è una tensione amplificata che è un duplicato del segnale musicale originale da una sorgente audio ma con una potenza sufficiente per pilotare gli altoparlanti con un buon volume.

Ecco un dettaglio passo passo su come funzionano gli altoparlanti:

  1. (a partire dal punto di uscita zero) Una tensione di uscita che rappresenta la forma d'onda musicale inizia e inizia a salire. La corrente elettrica inizia a fluire attraverso la bobina mobile dell'altoparlante dal lato positivo al lato negativo.
  2. Intorno alla bobina mobile viene creato un campo magnetico che ha la stessa polarità del magnete permanente fissato al cestello dell'altoparlante (cornice). (Ricorda che campi magnetici identici si respingono e gli opposti si attraggono)
  3. Il cono/diaframma inizia a muoversi in avanti e crea pressione d'aria, creando suono.
  4. Quando la tensione del segnale elettrico aumenta verso la parte superiore dell'onda sinusoidale nel segnale musicale, la corrente aumenta e la bobina mobile aumenta la sua forza del campo magnetico.
  5. Questo spinge ulteriormente il cono in fuori.
  6. Il segnale supera il punto di uscita più alto e inizia a diminuire. Anche la corrente inizia a diminuire e il cono comincerà a tornare più vicino alla sua posizione di riposo (tensione zero).
  7. Il segnale raggiunge lo zero (chiamato anche "soglia di crossover di tensione zero") e il cono è tornato dove era iniziato.
  8. Il segnale elettrico inizia a invertirsi quando passa a una tensione negativa. Quando ciò accade, la corrente scorre dal lato negativo della bobina mobile a quello positivo, creando un campo magnetico a polarità invertita.
  9. Il campo magnetico della bobina mobile è ora l'opposto del magnete permanente che lo attrae e il cono inizia a spostarsi dalla parte anteriore a quella posteriore (invece dell'originale posteriore a quella anteriore).
  10. Man mano che il segnale continua, il cono si muove all'indietro, creando l'altra metà delle onde sonore create dal movimento dell'aria.
  11. L'uscita amplificatore o stereo torna a zero e il segnale audio successivo inizia quando la nuova tensione di uscita del segnale inizia a salire, con il ciclo che ricomincia.

In poche parole, gli altoparlanti sono solo una specie di motore elettrico:sono alimentati da un segnale elettrico e lo trasformano in un'uscita meccanica:muovendo l'aria per creare suoni musicali.

Occasionalmente gli altoparlanti sono indicati come trasduttori .

Cosa significa impedenza degli altoparlanti? (Spiegazione delle valutazioni in Ohm degli altoparlanti)

L'impedenza dell'altoparlante, misurata in Ohm, è la resistenza totale al flusso di corrente elettrica attraverso una bobina mobile dell'altoparlante.

A differenza dei conduttori standard, poiché la bobina mobile è avvolta strettamente in una bobina, ciò complica le cose perché aggiunge induttanza. L'induttanza è diversa dalla resistenza in quanto cambia al variare della frequenza e questo è chiamato reattanza induttiva.

In altre parole, quando si creano i campi magnetici della bobina mobile, si oppongono un po' al flusso di corrente elettrica.

A causa delle proprietà della fisica e del modo in cui funziona l'induttanza, l'"impedenza" (resistenza totale) dell'altoparlante non è la somma della resistenza e della reattanza induttiva:è un po' più complicata di così.

Invece, è la somma algebrica (la radice quadrata della somma dei quadrati) di ciascuno. La reattanza induttiva è comunemente scritta come "Xl" e viene misurata in Ohm proprio come la resistenza standard.

Formula dell'impedenza degli altoparlanti

Se ti piace la matematica fantasiosa, puoi vedere qui come viene calcolata l'impedenza degli altoparlanti. È la somma geometrica della resistenza nell'avvolgimento del filo di rame della voce e la resistenza causata dalla sua induttanza a una data frequenza.

La cosa più importante da capire sull'impedenza degli altoparlanti è:

Infatti, se dovessi utilizzare un tester per misurare gli Ohm (impedenza) della bobina mobile su un altoparlante, troveresti una lettura di circa 3,2-3,6 ohm circa per un altoparlante da 4 ohm e 6 ohm o superiore per un altoparlante da 8 ohm.

Immagine che mostra come misurare l'impedenza degli altoparlanti con un ohmmetro. Questo misura solo la resistenza di corrente continua (CC) del filo nella bobina mobile, non l'impedenza totale di esso con la musica in riproduzione a causa dell'induttanza. tuttavia, sarà molto vicino nella maggior parte dei casi e puoi distinguere la categoria Ohm dell'altoparlante (4 ohm, 8 ohm, ecc.).

Da dove vengono gli altoparlanti da 4 ohm e 8 ohm?

Gli altoparlanti da 4 ohm (e talvolta da 2 ohm) sono più comunemente usati per gli impianti stereo delle auto. La pratica è iniziata molto tempo fa, quando le radio e gli altoparlanti sono stati installati per la prima volta dalla fabbrica quando sono state costruite le automobili.

Poiché è disponibile solo una tensione inferiore (12 V) per alimentarli nelle auto, è più difficile produrre energia per l'altoparlante rispetto agli stereo domestici in cui è disponibile molta tensione.

8 ohm è più comunemente usato per gli altoparlanti del sistema stereo domestico. Gli stereo domestici sono alimentati da una sorgente di tensione più elevata (110 V come negli Stati Uniti), quindi sono più facili da progettare e possono alimentare facilmente altoparlanti a maggiore impedenza (8 ohm). In entrambi i casi questi valori di Ohm sono diventati comuni per gli altoparlanti domestici e per auto.

Perché è necessaria una custodia per altoparlanti?

Una custodia per altoparlanti ("scatola") è molto importante per diversi motivi:

Una cassa degli altoparlanti (o "cabina degli altoparlanti") è solitamente realizzata con un materiale spesso come il legno o il pannello di fibra a media densità (MDF) poiché sono resistenti e non si flettono molto. Mentre un subwoofer o un altoparlante di fascia media deve essere utilizzato in una struttura sigillata, i tweeter non lo fanno.

Questo perché i tweeter dirigono il suono solo verso la parte anteriore e non producono onde sonore verso la parte posteriore. In alcuni casi (come per i diffusori surround) potrebbero essere più piccoli della coppia di casse dei diffusori anteriori (principali).

Che cos'è la risposta in frequenza e la sensibilità degli altoparlanti?

Cos'è la risposta in frequenza degli altoparlanti?

Qui viene mostrato un esempio di un tipico grafico della risposta in frequenza degli altoparlanti. Gli altoparlanti non sono perfetti e non producono un volume perfettamente uniforme nella gamma di suoni che possiamo sentire. Per questo motivo, è utile conoscere la gamma di frequenze in cui si comportano bene.

La risposta in frequenza dell'altoparlante è la prestazione misurata di un altoparlante, in decibel (dB) di volume, su una gamma di frequenze sonore. Questo è solitamente l'intervallo da 20 Hertz (Hz) a 20 kiloHertz (KHz) utilizzato come standard per gli altoparlanti audio.

Viene utilizzata la gamma 20-20 kHz perché è la gamma del suono che un essere umano con un buon udito può percepire e la musica viene spesso registrata all'interno.

La risposta in frequenza dell'altoparlante è importante per diversi motivi:

Mentre alcuni altoparlanti includono un grafico o altre specifiche per aiutarti a capire come si comportano, non tutti lo fanno. È qualcosa che di solito trovi presso i rivenditori che vendono altoparlanti nudi per un design più avanzato degli altoparlanti.

La maggior parte degli altoparlanti standard per auto o per la casa non include il grafico di risposta effettivo ma invece un intervallo approssimativo. Tuttavia, altoparlanti più costosi potrebbero farlo.

Se disponi dell'attrezzatura giusta, puoi anche misurarla da solo a casa utilizzando un programma di analisi in tempo reale (RTA) e un microfono di alta qualità per questo scopo.

Cos'è la sensibilità degli altoparlanti?

La sensibilità di un altoparlante è una misurazione effettuata dal produttore. È una misura del volume prodotto a una frequenza sonora fissa e (solitamente) con 1 watt di potenza viene erogato all'altoparlante a 1 metro (3,28 piedi) dal microfono di prova.

La sensibilità degli altoparlanti è una specifica fornita dal produttore utile per confrontare o abbinare gli altoparlanti. È una misura del volume prodotto, in decibel (dB), da un altoparlante a 1 metro (3,28 piedi) da un microfono di prova per una singola frequenza.

Il parametro della sensibilità è solitamente espresso ad esempio come “89dB @ 1W/1M”.

Nella maggior parte dei casi, la misurazione standard è il volume in dB a un watt di potenza a 1 metro di distanza e spesso può essere utilizzata una frequenza del suono come 1 KHz (a seconda del tipo di altoparlante).

La sensibilità varia da altoparlante a altoparlante, con i tweeter più efficienti (che producono più suono allo stesso livello di potenza) rispetto ad altri. I subwoofer sono meno efficienti in quanto richiedono più potenza per spostare il cono pesante e creare il suono.

I subwoofer tendono ad avere una sensibilità di circa 87dB, i midrange di circa 89dB e i tweeter di 93-102dB alti a seconda del tipo.

Differenze di misurazione della sensibilità

La sensibilità a volte viene misurata in modo leggermente diverso. Questo perché è necessaria una tensione diversa per gli altoparlanti da 4 ohm rispetto a 8 ohm per produrre la stessa quantità di potenza poiché la resistenza in Ohm (impedenza degli altoparlanti) è diversa.

Pertanto, meno corrente scorre attraverso un altoparlante da 8 ohm, facendo sì che riceva meno potenza per la stessa tensione di un altoparlante da 4 ohm.

In tal caso, è possibile utilizzare una sensibilità di dB a 2,83V/1M per altoparlanti da 8 ohm. A 2,83 V un altoparlante da 8 ohm sviluppa 1 watt di potenza. Allo stesso modo, per altoparlanti da 4 ohm, può essere utilizzato un dB di 2V/1M.

Queste misurazioni non sono realmente standardizzate nel settore degli altoparlanti, quindi le misurazioni fornite da un produttore possono essere "1W/M" o "xV/M", a seconda di ciò che forniscono. Quando si utilizza questa misurazione per confrontare o abbinare i diffusori, è importante prestare attenzione a questo.

Cosa sono gli altoparlanti coassiali?

Gli altoparlanti coassiali sono tipi di altoparlanti a 2 vie progettati per occupare meno spazio e per sostituire gli altoparlanti a cono singolo. Di solito includono un tweeter separato e uno o più crossover integrati. Gli altoparlanti coassiali offrono un suono migliore su un singolo altoparlante a cono e consentono più scelte di prezzo e opzioni di installazione.

Gli altoparlanti coassiali sono altoparlanti a 2 vie montati sullo stesso "asse" o nello stesso gruppo di altoparlanti. La maggior parte degli altoparlanti coassiali fornisce un cono a gamma completa e aggiunge un tweeter separato con crossover per una migliore fedeltà del suono e risposta in frequenza rispetto a un altoparlante a cono singolo standard.

Pensa ai diffusori coassiali come un punto di mezzo tra i diffusori a cono singolo (i diffusori più basilari, con prestazioni mediocri o scarse) e i diffusori a componenti (diffusori separati con un crossover per diffusori esterni). Offrono una buona fedeltà a un prezzo accessibile nella maggior parte dei casi.

Gli altoparlanti coassiali offrono diversi vantaggi:

Diffusori coassiali vs standard/a cono singolo

Gli altoparlanti coassiali offrono prestazioni audio migliori rispetto agli altoparlanti a cono singolo standard, anche quelli con un cono "whizzer" aggiunto per migliorare il suono degli acuti. Forniscono una migliore risposta in frequenza perché aggiungono uno o più coni (di solito un tweeter) per produrre la gamma superiore del suono (alti o "alti") che un singolo cono di solito non può.

Gli altoparlanti coassiali suonano meglio

Mentre alcuni altoparlanti standard più economici possono avere un cono "whizzer" aggiunto, che è un piccolo secondo cono attaccato al cono più grande per migliorare gli alti, sono comunque deludenti. Devo ancora sentirne uno che suonasse molto bene.

Gli altoparlanti coassiali, d'altra parte, utilizzano almeno un altoparlante aggiuntivo (di solito un tweeter) per compensare la differenza e produrre frequenze più nitide e con un suono migliore.

In effetti, in tutti i miei anni di lavoro di installazione di altoparlanti per auto non riesco a ricordare un singolo altoparlante standard che non fosse abbastanza buono da mantenere rispetto a sostituirlo con un modello coassiale.

Mentre gli altoparlanti installati in fabbrica sono spesso molto economici, gli altoparlanti coassiali, anche per una bella coppia dal suono, non sono costosi. Al giorno d'oggi puoi ottenere una coppia dal suono eccezionale per $ 25- $ 30 o più e circa $ 20 se hai un budget estremo.

Cos'è un altoparlante a 2 vie? Che cos'è un altoparlante a 3 vie?

Cos'è un altoparlante a 2 vie?

Gli altoparlanti a 2 vie utilizzano un tweeter e un woofer separato, lavorando insieme, per creare l'intera gamma di riproduzione musicale. In questo tipo di sistema di altoparlanti, ai tweeter viene fornito solo un suono ad alta frequenza da un crossover passa-alto mentre il driver principale viene alimentato con la gamma media e i bassi dal crossover passa-basso. Il risultato è un suono molto chiaro e piacevole.

Gli altoparlanti a 2 vie sono il design di altoparlanti a basso costo più comune in uso oggi sia per la casa che per gli impianti stereo dell'auto. Usano un tweeter, che riceve solo le frequenze più alte da un crossover passa-alto, e un woofer, che riceve solo suoni bassi e medi da un crossover passa-basso, per produrre una gamma completa di suoni.

In altre parole, separano il suono che senti tra due altoparlanti per risultati migliori rispetto a un singolo altoparlante da solo. Questo viene fatto perché i woofer non sono in grado di produrre bene suoni a frequenza più alta e dovrebbe essere impedito di produrre frequenze acute.

Allo stesso modo, i tweeter vengono distorti quando si tenta di produrre suoni a bassa frequenza o bassi. L'uso di un sistema crossover di altoparlanti a 2 vie limita la gamma di suoni che ciascuno riceve, consentendo una minore distorsione e una migliore qualità del suono anche a volumi più elevati.

Come funziona un crossover di altoparlanti a 2 vie?

I crossover a 2 vie utilizzano componenti elettrici per filtrare e dividere il segnale musicale elettrico da un amplificatore o stereo e dividerlo tra il tweeter e il woofer, ottenendo un suono migliore.

Il crossover passa alto blocca i bassi e i medi che causano distorsione che il tweeter non è in grado di gestire. Allo stesso modo, s il filtro passa-basso blocca le frequenze più alte che un altoparlante per bassi non è in grado di riprodurre bene e che causerebbero scarse prestazioni se utilizzato.

Durante la riproduzione degli altoparlanti, l'uscita crossover divisa si traduce in un'uscita audio completa a gamma completa molto migliore di quella che potrebbe produrre un singolo altoparlante.

Cos'è un altoparlante a 3 vie?

Gli altoparlanti a 3 vie sono un'estensione degli altoparlanti a 2 vie con l'aggiunta di un terzo altoparlante che utilizza un crossover passa-banda. Il terzo altoparlante consente una gamma media migliorata e una produzione del suono ancora migliore, distorsione ridotta e chiarezza scaricando il suono della gamma media su un altoparlante di gamma media dedicato.

Tuttavia, il design del crossover (a seconda dell'ordine del crossover o della pendenza del taglio) è più complicato per chi ha un taglio più netto per bloccare le frequenze indesiderate.

Gli altoparlanti a 3 vie sono meno comuni a causa del costo e della complessità aggiuntivi, ma sono una buona scelta per i costruttori di altoparlanti e gli audiofili che desiderano prestazioni più avanzate. Offrono anche la possibilità di ottenere un suono migliore utilizzando altoparlanti di fascia media ad alte prestazioni che sono più adatti rispetto ai modelli di mediobasso.

Cos'è un altoparlante Bluetooth?

Diagramma che mostra come funziona un altoparlante Bluetooth. Gli altoparlanti wireless come questo ricevono il segnale audio in un formato digitale, lo riconvertono in analogico e lo amplificano, quindi guidano l'altoparlante all'interno.

Gli altoparlanti Bluetooth sono essenzialmente un sistema audio portatile composto da una batteria, un ricevitore e un amplificatore wireless integrati e altoparlanti. Si collegano al protocollo wireless BT a smartphone, TV e altro. La musica viene trasmessa in streaming in formato digitale al ricevitore, quindi riconvertita nel segnale originale prima di essere amplificata per alimentare il driver oi driver degli altoparlanti all'interno.

Poiché per alimentarli viene utilizzata una batteria, sono altamente portatili e sono ottimi quando non hai bisogno di un grande ricevitore o amplificatore stereo.

Ulteriori informazioni, articoli e diagrammi sui relatori

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