Come l'aumento dell'impedenza degli altoparlanti influisce su volume (dB) e potenza d'uscita

Cambiare l'impedenza degli altoparlanti fa differenza nel volume (decibel, o dB) che si ottiene? E per quanto riguarda la potenza, come varia?

Sarò lieto di fare chiarezza! In questo articolo tratterò:

• Cos'è l'impedenza degli altoparlanti
• Come cambia l'uscita in dB (volume) aumentando l'impedenza
• Differenze di potenza e volume tra impianti auto e domestici legate all'impedenza

…e molte altre informazioni utili. Continuate a leggere!

Cos'è l'impedenza degli altoparlanti?

L'impedenza degli altoparlanti, misurata in Ohm, è la resistenza totale della bobina mobile al flusso di corrente elettrica durante il funzionamento con un segnale musicale.

Ogni volta che una tensione fa scorrere corrente in un filo, serve una certa resistenza per limitare la corrente. Allo stesso modo, un amplificatore o uno stereo ha bisogno di almeno una certa resistenza dell'altoparlante (un carico per l'altoparlante) per limitare la corrente che la radio o l'amplificatore cerca di fornire.

A differenza di un filo dritto che va dal punto "a" al punto "b" quando si collega l'alimentazione, l'avvolgimento della bobina mobile forma un anello che possiede una proprietà elettrica chiamata induttanza. L'induttanza è diversa dalla resistenza perché presenta una resistenza che dipende dalla frequenza della corrente alternata (CA) che vi scorre.

Questo fenomeno si chiama reattanza induttiva.

L'impedenza degli altoparlanti varia con le frequenze musicali – in parte

Per gli altoparlanti auto, questo significa che l'impedenza reale (la resistenza totale) cambia leggermente mentre suona la musica! La buona notizia è che possiamo comunque assegnare una classificazione in Ohm (valore nominale d'impedenza) perché rimane sempre entro un certo range come 2 Ohm, 4 Ohm, ecc.

Quando si parla d'impedenza di un altoparlante, nella maggior parte dei casi ci si riferisce alla categoria (range generale) dell'altoparlante usato per abbinare amplificatori auto o domestici.

In ambito elettrico, gli Ohm sono talvolta rappresentati dal simbolo greco Omega, ovvero "Ω".

Come funziona l'impedenza degli altoparlanti?

Come accennato, l'impedenza di un altoparlante è composta dalla sua resistenza e dalla reattanza induttiva dovuta all'avvolgimento di filo che costituisce la bobina mobile.

L'impedenza non può essere misurata completamente con un tester a corrente continua (CC). Ad esempio:

• Se usate un multimetro digitale impostato su resistenza in Ohm, misurerete solo la resistenza CC del filo.
• Se aveste l'attrezzatura giusta e poteste applicare un segnale CA, vedreste un'ulteriore resistenza.

Sommando entrambe si otterrebbe l'impedenza totale. Analogamente, quando un segnale musicale pilota un altoparlante per produrre suono, l'amplificatore o lo stereo "vede" un carico d'altoparlante che è la somma di entrambi.

La matematica di resistenza e reattanza induttiva spiegata

A differenza della resistenza standard, non si può semplicemente sommare la reattanza induttiva. Per calcolare l'impedenza totale dell'altoparlante, si sommano tramite la radice quadrata della somma dei quadrati, talvolta chiamata "somma trigonometrica".

Nota: Per una discussione generale, non serve conoscere l'impedenza esatta quando si abbinano altoparlanti, si parla di uscita in dB e potenza, ecc. Lo offro come informazione aggiuntiva per capire l'origine.

Come l'aumento dell'impedenza degli altoparlanti influisce sulla potenza?

Come si vede dal diagramma sopra, aumentare l'impedenza di un altoparlante non influisce solo sul volume (che tratterò sotto) ma anche sulla potenza. Può fare una grande differenza su quanta potenza avete a disposizione con il vostro impianto domestico, auto o amplificatore.

Ciò è dovuto alla legge di Ohm e al funzionamento della potenza:

• Gli impianti domestici, auto e gli amplificatori hanno una certa tensione che possono produrre per fornire potenza agli altoparlanti.
• Secondo la legge di Ohm, se cambiate la resistenza (l'impedenza dell'altoparlante), la potenza sviluppata cambia di conseguenza.
• Amplificatori e radio hanno un limite superiore alla tensione che possono erogare, quindi la massima uscita non cambia se aumentate l'impedenza dell'altoparlante. È un limite fisso.
• Quindi: se aumentate l'impedenza dell'altoparlante, con lo stesso stereo o amplificatore si svilupperà meno potenza.

In questo grafico d'esempio, si vede quanta potenza sviluppa un altoparlante da 4 Ohm con lo stesso amplificatore di uno da 8 Ohm. Quello da 4 Ohm non solo sviluppa il doppio della potenza di quello da 8 Ohm, ma quest'ultimo non raggiungerà mai la potenza massima disponibile dall'amplificatore.

Questo è importante in alcuni casi e meno in altri. Per gli impianti domestici, dove non serve enorme potenza, potete usare altoparlanti da 16 Ohm al posto di quelli da 8 Ohm senza notare molta differenza.

Tuttavia, per l'audio auto è diverso: spesso serve molta più potenza per ottenere un ottimo suono o volume in un veicolo – specialmente con subwoofer per bassi profondi. In quel caso, passare da 4 a 8 Ohm significa avere la metà della potenza disponibile.

L'impedenza degli altoparlanti influisce sul volume?

Diagramma che mostra un grafico d'esempio confrontando l'uscita in dB di un altoparlante da 8 Ohm allo stesso livello d'uscita dell'amplificatore o stereo di uno da 4 Ohm. Un altoparlante da 8 Ohm produce meno potenza e volume alla stessa impostazione di volume. Quando l'amplificatore è alla massima uscita (massima tensione d'uscita), l'altoparlante da 4 Ohm avrà un'uscita in dB superiore a quello da 8 Ohm allo stesso livello.

Nel grafico sopra, vedete cosa succede usando un altoparlante da 8 Ohm al posto di uno da 4 Ohm connesso allo stesso amplificatore. Per parità, confronterò altoparlanti da 4 e 8 Ohm con la stessa sensibilità di 89 dB a 1W/1m.

Potrebbe sembrare confuso, ma il grafico mostra:

• L'uscita in dB per l'altoparlante da 4 Ohm a ogni tensione d'uscita dell'amplificatore/stereo che gli fornisce 1 watt, 2 watt, 4 watt, ecc. Un altoparlante da 8 Ohm richiede una tensione d'uscita dell'amplificatore o stereo più alta per raggiungere lo stesso livello di potenza.
• L'uscita in dB per un altoparlante da 8 Ohm a quegli stessi livelli d'uscita dell'amplificatore quando usato al posto di uno da 4Ω.

Ciò evidenzia che aumentando l'impedenza dell'altoparlante su uno stereo o amplificatore progettato per un'impedenza inferiore, l'uscita in decibel (dB, volume) sarà inferiore per tutto il range di potenza.

Può essere anche molto inferiore all'impedenza corretta alla massima uscita.

Dovrete aumentare l'uscita della radio o dell'amplificatore per ottenere lo stesso volume in dB con l'altoparlante a impedenza più alta.

Ciò significa che:

• Per un altoparlante a impedenza più alta, il volume complessivo sarà tipicamente qualche dB inferiore, a seconda delle caratteristiche di quell'altoparlante.
• Non otterrete mai la piena capacità dello stereo o dell'amplificatore come fareste con un altoparlante a impedenza inferiore per cui è progettato.

Per i subwoofer auto, ad esempio, è un grosso problema. Per ogni raddoppio di potenza a un altoparlante, si guadagnano 3 dB in più di volume, non il doppio del volume. 4x la potenza sono 6 dB, e così via.

Le nostre orecchie funzionano in modo che circa 10 dB siano considerati una grande differenza, il che richiede circa 10x la potenza. Raddoppiando l'impedenza dell'altoparlante, come vedete dai grafici, "finirete il vapore" ben prima di raggiungere la potenza massima che l'amplificatore potrebbe erogare con l'altoparlante a impedenza corretta (più bassa).

Per gli stereo auto con potenza d'uscita inferiore (la maggior parte sono limitati a circa 14-15 W) questo non è affatto ideale.

Cosa succede se uso un altoparlante a impedenza più alta su un crossover?

Cos'è lo spostamento del crossover (crossover shift)?

I crossover per altoparlanti sono progettati usando valori predeterminati per i condensatori e gli induttori che usano come filtri. Quando un produttore progetta i crossover, si basa sempre sull'impedenza dell'altoparlante per cui sono destinati.

I crossover si comportano diversamente quando il carico dell'altoparlante (il carico in Ohm che "vedono") cambia. Per questo, cambiando l'impedenza dell'altoparlante cambiate la frequenza di taglio del crossover e il suono. La frequenza di crossover cambierà – tipicamente molto.

In altre parole, cambiare l'impedenza sposterà la frequenza di crossover. Potreste notare diversi problemi:

• Suono "duro" da woofer o midrange. I tweeter possono suonare distorti e iniziare a "spezzare" il suono ad alto volume.
• Qualità musicale "sottile", debole.
• Vuoti nelle gamme sonore che dovreste sentire.

I crossover per altoparlanti dovrebbero essere usati solo con l'impedenza per cui sono progettati, altrimenti non suoneranno bene.

Ad esempio, usare un altoparlante da 16 Ohm con un crossover per altoparlanti domestici da 8 Ohm non funzionerà correttamente. Suonerà male e non lavorerà come progettato. Potete aspettarvi di rimanere delusi.

Non dimenticate che se i vostri altoparlanti non hanno la stessa impedenza, quello più alto non sarà allo stesso livello d'uscita di quello corretto, quindi non saranno correttamente abbinati.

Devo abbinare le impedenze di tweeter e woofer per altoparlanti a 2 vie?

Non consiglio di mescolare impedenze diverse in altoparlanti a 2 o 3 vie perché non avranno lo stesso livello di volume una volta alzato il volume. Il suono non sarà corretto e vi troverete a gestire alcune frequenze sonore scadenti oltre un certo punto.

Come vedete dai grafici precedenti, all'aumentare della potenza l'altoparlante a impedenza più alta sarà sempre inferiore a quello correttamente abbinato.

Nei sistemi a 2 vie, è un problema ancora maggiore perché molto spesso i tweeter hanno già un'uscita di volume superiore ai woofer o midrange. Per peggiorare le cose, la maggior parte degli altoparlanti a 2 vie ha almeno un crossover da cui dipendono.

Ciò significa che in molti casi cambiare il carico in Ohm dell'altoparlante cambierà anche il comportamento del crossover e influenzerà negativamente il suono.

Ho visto alcuni sistemi dove un altoparlante (tipicamente il tweeter) ha una classificazione in Ohm diversa dagli altri, ma in quel caso i progettisti ne tengono conto.

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