Come Funzionano gli Altoparlanti? Una Super Guida con Diagrammi
Ti sei mai chiesto, ascoltando musica, come un altoparlante possa creare il suono? In questo articolo dettagliato, usando spiegazioni chiare e diagrammi, spiegherò come funzionano.
Imparerai anche:
- Le parti dentro un altoparlante
- Altoparlanti a cono singolo vs coassiali
- Altoparlanti a 2 vie e 3 vie spiegati
- Crossover per altoparlanti
- Cosa significano impedenza, sensibilità, e risposta in frequenza dell'altoparlante
Prima di tutto: Cosa c'è dentro un altoparlante?
Un altoparlante è a volte chiamato altoparlante elettrodinamico perché cambia elettricità in movimento tramite campi magnetici creati dal segnale elettrico musicale. Un driver per altoparlante è un singolo assemblaggio altoparlante usato per mettere insieme un sistema di altoparlanti.
Cosa c'è dentro un altoparlante?
La maggior parte degli altoparlanti è fatta delle seguenti parti che lavorano insieme per creare il suono:
- Magnete permanente: Un magnete è usato per fornire un campo magnetico fisso intorno alla bobina mobile per rendere possibile il movimento.
- Bobina mobile e supporto: Il supporto è un tubo rotondo attaccato alla base del cono. Una bobina di filo molto lunga e strettamente avvolta, chiamata bobina mobile, crea un campo magnetico mentre l'elettricità fluisce attraverso di essa dal segnale musicale dall'amplificatore.
- Ragnatela o sospensione: la ragnatela è un materiale sottile intrecciato a forma ondulata che supporta l'assemblaggio supporto-bobina mobile e aiuta a spingere il cono indietro in posizione mentre si muove.
- Cono (diaframma) & cupola antipolvere: questo è un materiale rigido a forma di cono che viene mosso dal magnete & bobina mobile insieme per muovere aria & creare suono. La cupola antipolvere è un materiale sottile (come un "cappuccio") che copre l'apertura al centro per tenere fuori polvere & sporco.
- Cestello altoparlante: il cestello è una struttura in metallo fuso o stampato a cui le parti dell'altoparlante si attaccano e tiene tutto allineato. Fornisce anche un modo per montare l'assemblaggio altoparlante a un cabinet.
- Terminali altoparlante & filo intrecciato: i terminali altoparlante sono linguette o connettori metallici che collegano il cavo per altoparlanti all'altoparlante. Questi si collegano alla bobina mobile usando un filo intrecciato flessibile che si muove col cono.
- Sospensione: questo è un materiale circolare flessibile e durevole (solitamente gomma o qualche tipo di schiuma) che attacca il bordo superiore del cono al cestello.
Cosa fa il cono di un altoparlante?
Un cono di altoparlante (chiamato anche diaframma) è il componente principale responsabile per creare un'onda sonora ogni volta che muove aria avanti e indietro rapidamente. Sono tipicamente fatti di materiali leggeri ma rigidi come carta pressata, plastiche, fibra di carbonio, o anche metallo sottile.
Il nome "cono" dell'altoparlante si riferisce alla sua forma: una forma a cono rovesciato con un'apertura centrale dove l'assemblaggio supporto & bobina mobile è attaccato. Una cupola antipolvere è attaccata al cono sopra questa apertura in basso per prevenire contaminanti dall'entrare dentro. Entrambi sono supportati in basso da un materiale rigido ma flessibile a volte chiamato "ragnatela".
Il tipo e design dipende dall'altoparlante. Per esempio, i subwoofer producono onde sonore di basso molto grandi e movimento d'aria sostanziale e hanno bisogno di un design più spesso, più rigido.
Al contrario, i tweeter usano un design a cupola molto piccolo, e leggero per prestazioni ad alta frequenza perché questo range sonoro usa onde sonore più piccole.
Cosa fa il magnete di un altoparlante?
I magneti per altoparlanti sono solitamente un magnete permanente (solitamente materiale magnetico ceramico o neodimio) con un sottile spazio circolare in cui la bobina mobile è sospesa. Il magnete fornisce un'area di campo magnetico stabile che attira o respinge la bobina mobile.
Poiché la bobina sviluppa un campo magnetico è un po' come un elettromagnete in un certo senso. I magneti al neodimio sono più forti per le loro dimensioni (campi magnetici più densi) ma i magneti ceramici, pur essendo più grandi, sono più convenienti. È una ragione per cui i magneti ceramici sono più popolari per uso altoparlanti.
Alcuni, ma non tutti, i magneti per altoparlanti hanno un foro al centro per aiutare a ventilare la bobina mobile e tenerla fresca.
Cos'è un altoparlante a doppia bobina mobile?
Gli altoparlanti a doppia bobina mobile offrono una seconda avvolgimento della bobina mobile nello stesso altoparlante e sullo stesso assemblaggio supporto bobina mobile. Questi tipi di altoparlanti permettono alcune opzioni aggiuntive che gli altoparlanti a bobina singola non offrono:
- Flessibilità in come sono cablati (2 ohm, 4 ohm, 8 ohm, ecc) per migliore compatibilità con amplificatori e ricevitori stereo.
- Per subwoofer o altri altoparlanti più grandi, puoi alimentarli con più configurazioni di cablaggio o anche 2 amplificatori ciascuno che non puoi fare con modelli a bobina singola.
- Possono essere pilotati con 2 canali da amplificatori che non possono essere bridgiati per più potenza.
Troverai più spesso subwoofer disponibili in versione a doppia bobina mobile per un po' più di soldi.
Mentre offrono più opzioni di configurazione cablaggio, gli altoparlanti a doppia bobina mobile (DVC) non offrono prestazioni migliori dei loro equivalenti a bobina singola (SVC).
Inoltre, altoparlanti come tweeter per suoni acuti e medi per strumenti & voci non sono normalmente fatti in versione a doppia bobina mobile.
Esempi di due supporti per altoparlanti con doppie bobine mobili. Sinistra: le due bobine non sono insieme mentre (destra) in questo esempio sono stratificate una sopra l'altra.
Come funzionano gli altoparlanti? Spiegazione passo-passo + diagramma animato
In questo diagramma animato, puoi vedere come funziona un altoparlante. Uno stereo o amplificatore pilota l'altoparlante con un segnale elettrico che alterna da positivo a negativo nella forma del segnale musicale.
Mentre lo fa, corrente elettrica fluisce attraverso la bobina mobile dell'altoparlante, creando un campo magnetico che la fa muovere verso o lontano dal magnete mentre cambia da positivo a negativo. Questo muove l'assemblaggio cono che crea onde sonore mentre l'aria si muove rapidamente. Gli altoparlanti usano corrente alternata (AC) che cambia direzione (polarità) proprio come le onde sonore nella vita reale.
Diagramma completo funzionamento altoparlante
Un altoparlante (chiamato anche loudspeaker, nome di un tempo) usa un segnale di potenza elettrica in corrente alternata (AC) ed è pilotato da uno stereo o amplificatore.
Il segnale elettrico all'altoparlante è una tensione amplificata che è un duplicato del segnale musicale originale da una sorgente audio ma con abbastanza potenza per pilotare gli altoparlanti con buon volume.
Ecco un dettaglio passo-passo di come funzionano gli altoparlanti:
- (Partendo dal punto di uscita zero) Una tensione di uscita che rappresenta la forma d'onda musicale inizia e comincia a salire. La corrente elettrica inizia a fluire attraverso la bobina mobile dell'altoparlante dal lato positivo a quello negativo.
- Un campo magnetico viene creato intorno alla bobina mobile ed è della stessa polarità del magnete permanente attaccato al cestello dell'altoparlante (telaio). (Ricorda che campi magnetici identici si respingono e gli opposti si attraggono)
- Il cono/diaframma inizia a muoversi in avanti e crea pressione d'aria, creando suono.
- Mentre la tensione del segnale elettrico sale verso la cima dell'onda sinusoidale nel segnale musicale, la corrente aumenta, e la bobina mobile aumenta la forza del suo campo magnetico.
- Questo spinge il cono fuori ancora di più.
- Il segnale passa il punto di uscita più alto e inizia a scendere. La corrente inizia a scendere anche e il cono comincerà a tornare più vicino alla sua posizione di riposo (tensione zero).
- Il segnale raggiunge lo zero (chiamato anche "soglia di crossover a tensione zero") e il cono è tornato dove è iniziato.
- Il segnale elettrico inizia a invertirsi mentre cambia a tensione negativa. Quando questo accade, la corrente fluisce dal lato negativo della bobina mobile a quello positivo, creando un campo magnetico a polarità invertita.
- Il campo magnetico della bobina mobile è ora l'opposto del magnete permanente che lo attira e il cono inizia a muoversi da fronte a retro (invece del originale retro a fronte).
- Mentre il segnale continua il cono si muove in reverse, creando l'altra metà delle onde sonore create dal movimento d'aria.
- L'uscita dell'amplificatore o stereo ritorna a zero e il prossimo segnale audio inizia mentre la nuova tensione di uscita del segnale inizia a salire, col ciclo che ricomincia da capo.
In un certo senso, gli altoparlanti sono solo un tipo di motore elettrico: sono alimentati da un segnale elettrico e lo cambiano in un'uscita meccanica: muovere aria per creare suoni musicali.
Occasionalmente gli altoparlanti sono definiti trasduttori.
Cosa significa impedenza altoparlante? (Rating Ohm altoparlanti spiegati)
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 strettamente avvolta in una bobina questo complica le cose perché aggiunge induttanza. L'induttanza è diversa dalla resistenza poiché cambia mentre la frequenza cambia e questo è chiamato reattanza induttiva.
In altre parole, quando i campi magnetici della bobina mobile sono creati loro oppongono il flusso di corrente elettrica un po'.
A causa della proprietà della fisica e come funziona l'induttanza, l' "impedenza" dell'altoparlante (resistenza totale) non è la somma della resistenza e della reattanza induttiva — è un po' più complicato di così.
Invece, è la somma algebrica (la radice quadrata della somma dei quadrati) di ciascuna. La reattanza induttiva è comunemente scritta come "Xl" ed è misurata in Ohm proprio come la resistenza standard.
Formula impedenza altoparlante
Se ti piace la matematica fancy, puoi vedere qui come si calcola l'impedenza dell'altoparlante. È la somma geometrica della resistenza nel filo di rame avvolto della bobina mobile e la resistenza causata dalla sua induttanza a una data frequenza.
La cosa più importante da capire sull'impedenza dell'altoparlante è:
- L'impedenza dell'altoparlante è sempre uguale o maggiore della resistenza del filo della bobina mobile. Puoi misurarlo con un ohmmetro.
- Il numero di impedenza su un altoparlante è una linea guida generale per compatibilità, non esattamente cosa misura l'altoparlante.
- L'impedenza cambia leggermente (sale) mentre la frequenza riprodotta aumenta.
In effetti, se usassi un tester per misurare gli Ohm (impedenza) della bobina mobile su un altoparlante, troveresti una lettura di circa 3,2-3,6 ohm per un altoparlante 4 ohm e 6 ohm o più per un altoparlante 8 ohm.
Immagine che mostra come misurare l'impedenza dell'altoparlante con un ohmmetro. Questo misura solo la resistenza a corrente continua (DC) del filo nella bobina mobile, non l'impedenza totale di esso con musica che suona a causa dell'induttanza. comunque, sarà molto vicino nella maggior parte dei casi e puoi dire la categoria Ohm dell'altoparlante (4 ohm, 8 ohm, ecc).
Da dove vengono gli altoparlanti 4 ohm e 8 ohm?
Gli altoparlanti 4 ohm (e a volte 2 ohm) sono più comunemente usati per sistemi stereo auto. La pratica iniziò molto tempo fa quando radio e altoparlanti furono installati per la prima volta in fabbrica quando le auto furono costruite.
Poiché solo una tensione più bassa (12V) è disponibile per alimentarli in auto, è più difficile produrre potenza per l'altoparlante che per stereo domestici dove molta tensione è disponibile.
8 ohm è più comunemente usato per altoparlanti sistemi stereo domestici. Gli stereo domestici sono alimentati da una sorgente a tensione più alta (110V come negli USA) quindi sono più facili da progettare e possono alimentare altoparlanti ad impedenza più alta (8 ohm) facilmente. In entrambi i casi questi rating Ohm divennero comuni per altoparlanti casa e auto.
Perché serve un cabinet per altoparlanti?
Un cabinet per altoparlante ("box") è molto importante per diverse ragioni:
- Tenere le onde sonore in avanti dall'interferire con e annullare quelle posteriori.
- Permettere al suono di basso a bassa frequenza di essere prodotto correttamente, accordato, o potenziato.
- Smorzare la vibrazione dagli altoparlanti mentre lavorano.
- Direzionare come il suono è disperso.
Una scatola per altoparlanti (o "cabinet per altoparlanti") è solitamente fatta da un materiale spesso come legno o pannello fibra a media densità (MDF) poiché sono forti e non si flettono molto. Mentre un subwoofer o altoparlante medio ha bisogno di essere usato in una struttura sigillata i tweeter no.
Questo perché i tweeter dirigono il suolo solo verso il fronte e non producono onde sonore verso il retro. In alcuni casi (come per altoparlanti surround) possono essere più piccoli del cabinet della coppia frontale (principale).
Cos'è la risposta in frequenza dell'altoparlante e la sensibilità dell'altoparlante?
Cos'è la risposta in frequenza dell'altoparlante?
Un esempio di un tipico grafico risposta in frequenza altoparlante è mostrato qui. Gli altoparlanti non sono perfetti e non producono un volume perfettamente uniforme sul range di suono che possiamo sentire. Per questo, è utile conoscere il range di frequenza dove performano bene.
La risposta in frequenza dell'altoparlante è la performance misurata di un altoparlante, in decibel (dB) di volume, su un range di frequenze sonore. Questo è solitamente il range 20 Hertz (Hz) a 20 kiloHertz (kHz) usato come standard per altoparlanti audio.
Il range 20-20 kHz è usato perché è il range di suono che un umano con buon udito può percepire e la musica è spesso registrata dentro.
La risposta in frequenza dell'altoparlante è importante per diverse ragioni:
- Abbinare altoparlanti insieme per sistemi a 2 o 3 vie
- Scegliere gli altoparlanti con migliori prestazioni per un design audio
- Progettare sistemi altoparlanti e crossover per altoparlanti
- Usare attrezzature audio come un equalizzatore o processore segnale digitale (DSP) per correggere aree dove l'altoparlante produce troppo (un picco) o troppo poco (un calo)
Mentre alcuni altoparlanti includono un grafico o altre specifiche per aiutarti a capire come performano, non tutti lo fanno. È qualcosa che troverai solitamente da rivenditori che hanno altoparlanti nudi per design più avanzati.
La maggior parte degli altoparlanti auto o domestici pronti all'uso non includono il grafico di risposta effettivo ma invece un range approssimativo. Altoparlanti più costosi possono farlo, però.
Se hai l'attrezzatura giusta puoi anche misurarlo tu stesso a casa usando un programma analizzatore in tempo reale (RTA) e un microfono di alta qualità per questo scopo.
Cos'è la sensibilità dell'altoparlante?
La sensibilità di un altoparlante è una misurazione fatta dal produttore. È una misurazione del volume prodotto a una frequenza sonora fissa e (solitamente) con 1 watt di potenza consegnato all'altoparlante a 1 metro (3,28 piedi) dal microfono di test.
La sensibilità dell'altoparlante è una specifica fornita dal produttore utile per confrontare o abbinare altoparlanti. È una misurazione del volume prodotto, in decibel (dB), da un altoparlante a 1 metro (3,28 piedi) da un microfono di test per una singola frequenza.
Il parametro sensibilità è solitamente espresso come "89 dB @ 1W/1M" per esempio.
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 una frequenza sonora come 1 kHz (a seconda del tipo di altoparlante) può essere usata.
La sensibilità varia da altoparlante a altoparlante, con i tweeter essendo più efficienti (producendo più suono allo stesso livello di potenza) degli altri. I subwoofer sono meno efficienti poiché hanno bisogno di più potenza per muovere il cono pesante e creare suono.
I subwoofer tendono ad avere una sensibilità intorno a 87 dB, gli altoparlanti medi intorno a 89 dB circa, e i tweeter fino a 93-102 dB a seconda del tipo.
Differenze di misurazione sensibilità
La sensibilità è a volte misurata leggermente diversamente. Questo perché una tensione diversa è necessaria per altoparlanti 4 ohm vs 8 ohm per produrre la stessa quantità di potenza poiché la resistenza in Ohm (impedenza altoparlante) è diversa.
Quindi meno corrente fluisce attraverso un altoparlante 8 ohm, causandogli di ricevere meno potenza per la stessa tensione di un altoparlante 4 ohm.
In quel caso, una sensibilità di dB a 2,83V/1M può essere usata per altoparlanti 8 ohm. A 2,83V un altoparlante 8 ohm sviluppa 1 watt di potenza. Similmente, per altoparlanti 4 ohm, un dB di 2V/1M può essere usato.
Queste misurazioni non sono davvero standardizzate nell'industria altoparlanti, quindi le misurazioni fornite da un produttore possono essere "1W/M" o "xV/M", a seconda di cosa succede che forniscano. Quando usi questa misurazione per confrontare o abbinare altoparlanti è importante fare attenzione a questo.
Cosa sono gli altoparlanti coassiali?
Gli altoparlanti coassiali sono un tipo di altoparlante a 2 vie progettato per occupare meno spazio e sostituire altoparlanti a cono singolo. Solitamente includono un tweeter separato e uno o più crossover integrati. Gli altoparlanti coassiali forniscono suono migliorato su un altoparlante a cono singolo e permettono più scelte di prezzo e opzioni di installazione.
Gli altoparlanti coassiali sono altoparlanti a 2 vie montati sullo stesso "asse" o nello stesso assemblaggio altoparlante. La maggior parte degli altoparlanti coassiali fornisce un cono full-range e aggiunge un tweeter separato con crossover per fedeltà sonora & risposta in frequenza migliorate versus un altoparlante a cono singolo standard.
Pensa agli altoparlanti coassiali come un punto medio tra altoparlanti a cono singolo (gli altoparlanti più basici, con prestazioni mediocri o scarse) e altoparlanti componenti (altoparlanti separati con crossover esterno per altoparlanti). Offrono buona fedeltà a un prezzo accessibile nella maggior parte dei casi.
Gli altoparlanti coassiali offrono diversi vantaggi:
- Facile upgrade sonoro: sono una sostituzione drop-in per altoparlanti a cono singolo esistenti dal suono scadente.
- Più opzioni di produzione altoparlanti e range di prezzo per acquirenti (diversi livelli di qualità tweeter, design crossover, materiali cono, ecc).
- Prestazioni somewhat simili a altoparlanti componenti a 2 vie separati senza bisogno di un ingombrante box crossover separato.
- Sono molto comuni — in effetti, sono l'upgrade per altoparlanti auto più popolare e sono facili da trovare quando compri.
- Molto accessibili: buoni altoparlanti coassiali si trovano intorno a 25$ e su al paio a seconda della dimensione & qualità.
- Gli altoparlanti coassiali possono correggere la scarsa risposta in frequenza (frequenze sonore mancanti) che trovi con altoparlanti a cono singolo.
Altoparlanti coassiali vs standard/a cono singolo
Gli altoparlanti coassiali offrono prestazioni sonore migliori degli altoparlanti standard a cono singolo, anche quelli con un cono "whizzer" aggiunto per migliorare il suono acuto. Forniscono una risposta in frequenza migliore perché aggiungono uno o più coni (solitamente un tweeter) per produrre il range superiore di suono (acuti, o "alti") che un cono singolo solitamente non può.
Gli altoparlanti coassiali suonano meglio
Mentre alcuni altoparlanti standard più economici possono avere un cono "whizzer" aggiunto, che è un piccolo 2° cono attaccato al cono più grande per acuti migliorati, sono ancora deludenti. Non ne ho ancora sentito uno che suonasse molto bene in tutti i miei anni.
Gli altoparlanti coassiali, d'altra parte, usano almeno un altoparlante aggiuntivo (solitamente un tweeter) per compensare la differenza e produrre acuti più nitidi & meglio suonanti.
In effetti, in tutti i miei anni di lavoro installazione altoparlanti auto non ricordo un singolo altoparlante standard che non fosse abbastanza buono da tenere vs sostituirlo con un modello coassiale.
Mentre gli altoparlanti installati in fabbrica sono spesso molto economici, gli altoparlanti coassiali — anche per un paio dal suono piacevole — non sono costosi. Puoi ottenere un ottimo paio per 25-30$ o più oggi e intorno a 20$ se sei con budget estremo.
Cos'è un altoparlante a 2 vie? Cos'è un altoparlante a 3 vie?
Cos'è un altoparlante a 2 vie?
Gli altoparlanti a 2 vie usano un tweeter e woofer separato, lavorando insieme, per creare il range completo di riproduzione musicale. In questo tipo di sistema altoparlanti, i tweeter ricevono solo suono ad alta frequenza da un crossover passa-alto mentre il driver principale riceve medi e bassi dal crossover passa-basso. Il risultato è un suono molto chiaro & piacevole.
Gli altoparlanti a 2 vie sono il design per altoparlanti a basso costo più comune in uso oggi sia per stereo domestici che auto. Usano un tweeter, ricevendo solo alte frequenze da un crossover passa-alto, e un woofer, ricevendo solo bassi & medi da un crossover passa-basso, per produrre un range completo di suono.
In altre parole, separano il suono che senti tra due altoparlanti per risultati migliori di un solo altoparlante. Questo è fatto perché i woofer non possono produrre bene suoni ad alta frequenza e dovrebbero essere impediti dal produrre frequenze acute.
Similmente, i tweeter diventano distorti quando tentano di produrre bassi o suoni a bassa frequenza. L'uso di un sistema crossover per altoparlanti a 2 vie limita il range di suono che ciascuno riceve, permettendo distorsione più bassa e migliore qualità sonora a volumi più alti, anche.
Come funziona un crossover per altoparlanti a 2 vie?
I crossover a 2 vie usano componenti elettrici per filtrare e dividere il segnale musicale elettrico da un amplificatore o stereo e dividerlo tra tweeter e woofer, risultando in suono migliore.
Il crossover passa-alto blocca bassi & medi che causano distorsione che il tweeter non può gestire. Allo stesso modo, un filtro passa-basso blocca frequenze più alte che un altoparlante per bassi non può riprodurre bene e che causerebbero scarso rendimento se usate.
Mentre gli altoparlanti suonano, l'uscita crossover divisa risulta in un'uscita audio full-range completa che è molto meglio di ciò che un singolo altoparlante potrebbe produrre.
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 3° altoparlante usando un crossover passa-banda. Il 3° altoparlante permette medi migliorati e produzione sonora ancora migliore, distorsione abbassata, e chiarezza scaricando il suono medio su un altoparlante medio dedicato.
Tuttavia, il design del crossover (a seconda dell'ordine del crossover, o la ripidezza del taglio) è più complicato per quelli con un taglio più netto per bloccare frequenze indesiderate.
Gli altoparlanti a 3 vie sono meno comuni a causa del costo aggiunto & complessità ma sono una buona scelta per costruttori di altoparlanti e audiofili che vogliono prestazioni più avanzate. Offrono anche l'opzione di ottenere suono migliorato usando altoparlanti medi ad alte prestazioni che sono più adatti a quello che modelli medio-bassi.
Cos'è un altoparlante Bluetooth?
Diagramma che mostra come funziona un altoparlante Bluetooth. Altoparlanti wireless come questo ricevono il segnale audio in formato digitale, lo convertono di nuovo in analogico, e amplificano poi pilotano l'altoparlante dentro.
Gli altoparlanti Bluetooth sono essenzialmente un sistema audio portatile composto da una batteria, un ricevitore wireless integrato e amplificatore, e altoparlanti. Si connettono al protocollo wireless BT a smartphone, TV, e altro. La musica è streamata in formato digitale al ricevitore poi convertita di nuovo al segnale originale prima di essere amplificata per alimentare il driver o driver altoparlanti dentro.
Poiché una batteria è usata per alimentarli, sono altamente portatili e sono ottimi quando non hai bisogno di un grande ricevitore stereo o amplificatore.
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