L’altoparlante con complesso magnetico schermato

In questi ultimi tempi stiamo assistendo ad un notevole incremento dell’interesse sia del Pubblico che dei Media verso l’Home Theater, interesse giustificato dalla grande spettacolarità e coinvolgimento che le riproduzioni HT sono in grado di offrire.

Ora senza voler entrare nel merito delle varie configurazioni e dei componenti che costituiscono un buon sistema HT, vorrei concentrare la vostra attenzione su
un particolare aspetto della riproduzione acustica del sistema HT e cioè il canale centrale. A questo canale infatti è normalmente demandato il compito di riprodurre i dialoghi. Ora se è pur vero che il dialogo avviene in un range di frequenze abbastanza limitato, tipicamente dai 300 ai 3500 Hz, non è altrettanto vero che il diffusore che riproduce questa gamma debba avere la stessa estensione in termini di risposta in frequenza, ma anzi la sua risposta deve essere attentamente pesata sia alle frequenze più basse che a quelle più alte in modo di rendere il dialogo stesso più ricco e articolato senza risultare fastidioso. E chiaro quindi che il diffusore per il canale centrale sarà costituito da un sistema multivia con un buon woofer ed almeno un tweeter, opportunamente filtrati in modo che la riproduzione della gamma principale delle voci venga riprodotta da un solo altoparlante.

Un’altra caratteristica molto importante che riguarda il canale centrale è che essendo appunto centrale, il diffusore dovrà essere sistemato in posizione centrale, e quale miglior posizione se non quella sopra o sotto lo schermo video. Certo questa è la posizione migliore, ma se proviamo a fare questo con un diffusore normale, magari il due vie che avevamo lasciato in soffitta dopo aver acquistato dei diffusori più seri, assisteremo ad uno spettacolo sconcertante, vedremo infatti sul video che i colori abbandoneranno i contorni delle immagini per fluttuare in modo incontrollato sulla sua superficie ad ogni piccolo spostamento, le immagini stesse subiranno delle deformazioni al punto da non riconoscere la Panetti da Giuliano Ferrara. Tutto questo solo per ché abbiamo poggiato il diffusore di cui sopra sul TV, incredibile. Bene, a parte questa scena apocalittica che ho descritto, la causa di tutto ciò è un altoparlante in particolare, il woofer di quel sistema due vie, perché il suo campo magnetico di sperso ha provocato delle deflessioni al percorso dei pennelli elettronici che hanno alterato la formazione delle immagini.

Normalmente questi danni non sono irreparabili, in quanto sarà sufficiente smagnetizzare lo schermo perché tutto torni come prima (sono molti ormai i TV che
hanno un circuito di smagnetizzazione interno). Ma torniamo al nostro woofer.

Cause del flusso magnetico disperso (Stray Magnetic Field)

Abbiamo parlato di campo magnetico disperso, vediamo come si forma questo campo disperso. Prima di tutto vale la pena di ricapitolare il principio di funzionamento di un altoparlante magnetodinamico.

Il movimento in un senso o nell’altro della membrana è provocato dall’interazione tra due campi magnetici, uno fisso generato da un magnete permanente ed un altro provocato dalla corrente che scorre nella bobina mobile, il verso di scorrimento della corrente determinerà il verso del movimento della membrana.

Analizziamo ora la struttura di un complesso magnetico tipo. Abbiamo detto che c’è un magnete permanente, generalmente è di forma cilindrica, naturalmente
il fatto che sia permanente non vuoi dire che in natura esistono dei giacimenti di magneti permanenti, ma viene formato da un amalgama di ferrite ed altri minerali in forni ad altissime temperature e successivamente, generalmente all’atto dell’assemblaggio dell’altoparlante, viene sottoposto ad una forte scarica elettromagnetica che orienta i cristalli e rende il magnete appunto permanente. Se potessimo fotografare le linee di flusso della ferrite appena magnetizzata vedremmo una forma del tipo visibile in figura 1.

In queste condizioni il magnete ci sarà scarsamente utile perché il flusso magnetico è distribuito su tutto lo spazio e non localizzato dove serve, a noi invece occorre un campo magnetico molto intenso e concentrato (10000 G), dovremo quindi realizzare un convogliatore che consenta questa concentrazione (vedi fig. 2).

Utilizzando un materiale più permeabile dell’aria costruiamo una struttura di questo tipo che obbliga le linee di flusso a seguire questo percorso e a passare attraverso questa superficie detta traferro. Se misuriamo l’intensità del campo in questo punto otterremo il valore che era il nostro obiettivo. All’interno del traferro è tenuta in posizione centrata la bobina mobile che si muoverà quando verrà alimentata. Fin qui abbiamo visto come è costituito un complesso magnetico e come funziona, ma non abbiamo ancora spiegato perché sul TV vediamo Giuliano Ferrara e non la Parietti.

Alla luce di questa considerazione se torniamo al nostro complesso magnetico vedremo che nonostante abbiamo costruito il convogliatore non siamo certamente
riusciti a convogliare tutta l’energia magnetica nel traferro ma anzi una notevole parte di essa è ancora rivolta verso l’esterno ed è proprio questa parte di energia la causa dei nostri problemi.

Soluzioni al problema

In questa situazione il nostro obiettivo primario diventa appunto ridurre più possibile il campo magnetico disperso. La soluzione più logica è la stessa che abbiamo utilizzato per realizzare il circuito magnetico descritto sopra, cioè costruire una struttura con permeabilità maggiore dell’aria che convogli le linee di flusso esteme (vedi fig. 3).

Con questo intervento abbiamo sì ridotto il campo magnetico disperso ma abbiamo ridotto fortemente anche il flusso principale perché parte del flusso magnetico
principale viene indirizzato in un percorso che non comprende il traferro. Questo ci costringerà a realizzare dei complessi magnetici molto grandi per avere l’induzione magnetica necessaria a contenere i parametri dell’altoparlante entro limiti accettabili. D’altra parte se applicassimo una calotta ad un altoparlante già esistente otterremo una notevole diminuzione del fattore di forza Bxl con conseguente innalzamento del fattore di merito totale il che renderebbe difficoltoso il caricamento acustico.

Un’altra soluzione è costituita dal posizionamento di un magnete aggiuntivo in controfase magnetica rispetto al magnete principale (fig. 4).

In questo modo le linee di flusso esterne si troveranno in contro fase con quelle del magnete principale con il risultato che alla distanza alla quale i due magneti possono essere considerati coincidenti, il flusso risulta nullo, mentre a distanze inferiori sono ancora presenti dei residui che potrebbero essere dannosi. Da quanto detto si evince che la distanza efficace diminuisce con le dimensioni del complesso magnetico, per cui questa può essere una buona soluzione per schermare i tweeter che  dispongono appunto di complessi magnetici relativamente piccoli. Gli effetti di questo intervento sono opposti a quelli precedenti in quanto le linee di flusso interne andranno a sommarsi a quelle principali e se il ferro della piastra inferiore del complesso magnetico non andrà in saturazione, aumenterà anche il flusso nel traferro con conseguente aumento del fattore B x 1 e di minuzione del Qt.

La soluzione ottimale, è costituita dalla combinazione delle due soluzioni precedenti, cioè applicare un magnete aggiunto in controfase per non penalizzare il flusso magnetico principale ed aggiungere una calotta che convogli il flusso disperso in modo di diminuire la distanza alla quale l’intensità del flusso si minimizza. Questo intervento ci permetterà di contenere i parametri dell’altoparlante entro i valori impostati in fase di progettazione, senza ricorrere a complessi magnetici surdimensionati. Ma soprattutto potremo ascoltare i dialoghi di una riproduzione Home Theater senza rinunciare alle grazie della Panetti.

Come si misura il flusso magnetico disperso

Il riscontro pratico degli interventi per ridurre il campo magnetico disperso è rappresentato dalla misura della sua intensità. Questa misura può essere fatta posizionando l’altoparlante ad una distanza fissa da una bobina che ruota molto velocemente, l’interferenza del movimento della bobina con il campo magnetico disperso genera una f.e.m ai capi della bobina stessa che viene letta da un millivoltmetro.

Questa lettura viene ripetuta per diverse posizioni dell’alto parlante rispetto alla bobina stessa (frontale, laterale, posteriore). È evidente che maggiore è la f.e.m., tanto maggiore sarà il campo magnetico disperso.

di Lino Esposto

da AUDIOreview n. 144 dicembre 1994