Altoparlante stereo

Background

Un altoparlante o diffusore è un dispositivo che converte le onde di energia elettrica in onde di energia meccanica o suoni udibili. Il suono è prodotto dalla vibrazione di un oggetto. Questa vibrazione crea una serie di increspature o onde, proprio come quello che si vede quando un sasso viene gettato in uno stagno. Gli altoparlanti riproducono le onde sonore (o audio) a varie frequenze. La frequenza è il tasso al quale le particelle nell’aria vibrano. Il suono che l’orecchio umano può sentire va da circa 20 hertz (Hz) a 20.000 Hz o 20 kilohertz (kHz). Gli altoparlanti sono utilizzati in tutti i tipi di apparecchiature di comunicazione e intrattenimento come ricevitori radio e televisione, registratori a nastro, segreterie telefoniche, baby monitor e sistemi di intrattenimento domestico stereo

Storia

Il principio di base di un altoparlante dinamico è cambiato poco da quando è stato brevettato da Ernst Siemens nel 1874. Siemens descrisse la sua invenzione come un mezzo per ottenere il movimento meccanico di una bobina elettrica da correnti elettriche che scorrevano attraverso di essa. L’intento originale della sua invenzione era di muovere un braccio del telegrafo. Alexander Graham Bell applicò i principi del dispositivo di Siemens al telefono due anni dopo. A Thomas Edison si attribuisce l’invenzione dell’altoparlante come è conosciuto oggi. Consisteva in un diaframma flessibile (cono) attaccato alla gola di una tromba acustica.

I coni dei primi altoparlanti usavano vari materiali come sottili fogli di metallo, pelle e carta. La carta era (ed è ancora) usata nella costruzione dei coni degli altoparlanti perché è economica e facilmente disponibile.

Materie prime

L’altoparlante dinamico non è cambiato da decenni. Il telaio è fatto di ferro stampato o di alluminio. Il magnete permanente è un materiale ceramico in ferrite composto da ossido di ferro, stronzio e un legante ceramico. Il cono, il bordo e il ragno sono fatti di carta trattata rivestita con una colla adesiva. La bobina vocale consiste in una bobina di plastica con un filo di rame isolato di calibro fine avvolto intorno ad essa.

Design

L’altoparlante più comune è quello dinamico. È composto da un telaio, un magnete permanente, un nucleo di ferro dolce, una bobina e un cono. Il telaio supporta il cono e il magnete permanente. La bobina vocale consiste in un filo isolato avvolto intorno a una bobina di plastica. Un’estremità della bobina è attaccata al cono e il corpo della bobina scorre sul nucleo di ferro dolce.

I fili della bobina sono collegati a un amplificatore audio. Quando i segnali elettrici audio dall’amplificatore sono applicati alla bobina vocale, viene prodotto un campo elettromagnetico intorno alla bobina vocale. Questo fa sì che la bobina vocale si muova avanti e indietro lungo il nucleo di ferro dolce che aiuta o si oppone al campo magnetico prodotto dal magnete permanente. Il movimento della bobina vocale fa vibrare il cono collegato e produce il suono.

Ci sono quattro tipi principali di altoparlanti: full-range, tweeter, midrange e woofer. L’altoparlante full-range può riprodurre la maggior parte dello spettro audio. Tuttavia, un singolo altoparlante non può riprodurre accuratamente l’intera gamma di frequenze audio dell’orecchio umano. Pertanto, altri altoparlanti sono stati progettati per superare le limitazioni dell’altoparlante full-range.

Il tweeter è progettato per le frequenze audio più alte o i suoni alti nella gamma 4-20 kHz. Sono molto piccoli, di solito intorno ai 2 pollici (5,1 cm) di diametro o meno. L’altoparlante midrange riproduce i suoni nella gamma di frequenza da 1.000 Hz a 10 kHz. Le loro dimensioni variano da 2 a 8 pollici (5,1-20,3 cm) di diametro. Il woofer riproduce i suoni bassi o molto bassi nella gamma di frequenza 20-1.000 Hz. Un subwoofer può estendere questo fino a 3 Hz. I woofer vanno da 4 a 15 pollici (10,2-38,1 cm) di diametro con 10-12 pollici (25,4-30,2 cm) di diametro essendo il più comune.

Il processo di fabbricazione

1. Il magnete permanente è costruito mescolando ossido di ferro con stronzio e poi macinando il composto in una potenza molto fine. La potenza viene mescolata con un legante ceramico e poi chiusa in uno stampo di metallo. Lo stampo viene poi messo in un forno e sinterizzato per legare insieme la miscela.
2. Il telaio è costruito da una lamiera di alluminio o di acciaio. La lamiera arriva all’impianto preformata. Viene poi messa su un nastro trasportatore e trasportata a una macchina da taglio che utilizza una pressa idraulica per tagliare i fori nella lamiera per permettere il libero movimento dell’aria dal cono. Il foglio viene poi formato da una pressa idraulica che forza il foglio in uno stampo della forma desiderata. I fori di montaggio sono poi praticati nelle loro posizioni appropriate.
3. Il cono, il bordo e il ragno sono formati individualmente dalla carta composita e poi incollati insieme come un gruppo.
4. La bobina mobile è costruita avvolgendo molti giri di filo di rame isolato molto sottile su una bobina di plastica. Il gruppo bobina e bobina mobile è incollato al coperchio antipolvere del cono.
5. Il telaio, il nucleo in ferro dolce e il magnete permanente sono imbullonati insieme come un gruppo.
6. Il gruppo del cono è poi attaccato al gruppo del telaio incollando prima manualmente il ragno alla base del telaio e poi incollando il bordo alla parte superiore del telaio.

Controllo qualità

Gli ispettori controllano tutte le fasi del processo di produzione. Il magnete permanente viene controllato per verificare che non ci siano scheggiature o crepe. I coni di carta sono ispezionati per difetti o buchi nel materiale, e il corretto incollaggio del gruppo del cono. L’intero gruppo è ispezionato per la qualità complessiva e l’aderenza alle specifiche.

Il gruppo finale dell’altoparlante è collegato a un generatore audio che testa la risposta in frequenza e le capacità di potenza dell’altoparlante per assicurare che produca un suono entro le specifiche richieste.

Sottoprodotti/Rifiuti

I rottami metallici del telaio e la carta del cono vengono inviati agli impianti di riciclaggio per essere recuperati. I materiali esotici come lo stronzio devono essere smaltiti secondo le norme governative.

Il futuro

L’industria sperimenta costantemente le materie prime per migliorare la qualità del suono, la risposta in frequenza e la potenza degli altoparlanti. Si stanno sviluppando nuove tecnologie sotto forma di un altoparlante a trazione diretta che non utilizza alcun cono.