Come è fatto e come funziona un altoparlante

Per rendersi conto di come si possa utilizzare un altoparlante nel modo migliore, occorre descriverne brevemente il funzionamento. Come si vede in figura 1, l'altoparlante è composto da un cono, libero di muoversi in avanti ed indietro secondo le direzioni indicate dalla freccia rossa, all'interno di una struttura di sostegno, detta cestello. Il movimento in senso assiale è consentito da apposite sospensioni, in figura indicate con S. Alla sommità del cono è fissata, in modo solidale, una bobina di filo elettrico, che risulta immersa nel campo di un potente magnete. Quando ai capi della bobina viene applicato un segnale, la corrente che vi circola crea a sua volta un campo magnetico che, reagendo con quello generato dal magnete fisso, determina il movimento di tutto l'equipaggio mobile (bobina e cono).
Il movimento in avanti e indietro del cono determina nell'aria delle onde di pressione, appunto quelle che noi percepiamo come "suono".
I morsetti che consentono di applicare il segnale all'altoparlante sono quasi sempre contrassegnati in base alla polarità. Si può constatare facilmente il significato di quanto detto; basta collegare ai morsetti una debole tensione continua (per esempio 1 o 2V) e si noterà un movimento del cono: il cono si muoverà in avanti se il positivo della tensione è stato applicato al morsetto contrassegnato col "+" oppure all'indietro nel caso contrario. Dovendo collegare insieme più altoparlanti è fondamentale tenere conto della polarità, per fare in modo che i coni si muovano tutti in fase.

L'impedenza di un altoparlante

La bobina, insieme al circuito magnetico che la circonda, si comporta a tutti gli effetti come un'induttanza. L'impedenza che essa presenta nei confronti di una corrente alternata di frequenza F, corrisponde all'espressione:
Z = R + jX_L
In effetti, come illustrato in figura 2, tale impedenza è la combinazione vettoriale della resistenza ohmica R del filo avvolto e della reattanza induttiva X_L. L'angolo φ corrisponde allo sfasamento in ritardo della corrente sulla tensione.
La reattanza induttiva X_L è uguale al prodotto ωL, essendo ω la "pulsazione", a sua volta legata alla frequenza secondo la formula
ω= 2ϖF.
Altre caratteristiche ed aspetti fisici dell'induttanza si possono leggere alle pagine induttanza (parte prima) e induttanza (parte seconda).
Essendo quindi l'impedenza legata alla frequenza, non si può parlare di un valore unico in relazione ad un certo altoparlante. Il valore che viene comunemente fornito come nominale fa riferimento all'impedenza misurata ad una frequenza specifica, che in genere è di 1000 hz. Nel grafico di figura 3 vediamo la curva dell'impedenza per un altoparlante a gamma estesa. Il valore nominale dichiarato dal costruttore è di 4 ohm, ma, come è facile osservare, nel campo da 50 a 100 Hz il valore sale vistosamente, per raggiungere un picco di 50 ohm alla frequenza di 70 hz (frequenza di risonanza).
Come vedremo più avanti, questo picco di impedenza può creare qualche problema quando si collegano insieme più altoparlanti, sia in serie che in parallelo.

Collegamento in serie e parallelo di più altoparlanti

Di seguito sono riportati semplici schemi per il collegamento di più altoparlanti; per ogni caso vengono indicati l'impedenza risultante e, in colore azzurro, il modo in cui una ipotetica potenza di 12 W si distribuisce sui vari altoparlanti.

Nel caso di due altoparlanti uguali, collegati in serie (figura 4), le impedenze si sommano e la potenza di un ipotetico amplificatore da 12 W si ripartisce in parti uguali.

Se i due altoparlanti hanno impedenze diverse, la potenza si ripartisce in parti proporzionali alle impedenze di ciascun altoparlante; come si vede in figura 5, la potenza sull'altoparlante da 8 ohm è doppia di quella dell'altoparlante da 4 ohm.
Facendo il solito esempio di un amplificatore da 12 W, l'altoparlante da 8 ohm sarebbe caricato con 8 W e l'altro con 4 W.

Nel caso di due altoparlanti uguali in parallelo (figura 6), l'impedenza è uguale alla metà di quella di ciascun altoparlante e anche la potenza si ripartisce metà per ciascuno.

Se i due altoparlanti hanno impedenze diverse Z1 e Z2 (figura 7), l'impedenza risultante si calcola con la formula Z = Z1 x Z2 / (Z1+Z2).
La potenza si ripartisce in modo inversamente proporzionale alle impedenze: l'altoparlante con impedenza più bassa si carica con maggior potenza.

Quattro altoparlanti possono essere collegati in serie / parallelo, come in figura 8. L'impedenza risultante rimane quella di un singolo altoparlante, mentre la potenza si ripartisce in parti uguali. Usando per esempio quattro altoparlanti da 8 ohm e 25 w ciascuno, si ottiene un'impedenza sempre di 8 ohm ed una potenza disponibile di 100 W.

Un problema da non sottovalutare quando si fanno lavorare insieme altoparlanti di caratteristiche diverse, è la variazione di impedenza in corrispondenza di una certa banda di frequenze. In un caso come quello della figura 7, per esempio, supponiamo che i due altoparlanti AP1 e AP2 siano dimensionati rispettivamente per una potenza di 20 e 40 W. Tutto sembra funzionare a dovere, ma se le frequenze di risonanza non coincidono può succedere che l'impedenza di AP2 salga improvvisamente a una cinquantina di ohm; la potenza di 60 W in arrivo dall'amplificatore andrà allora a sovraccaricare AP1, che si troverà a lavorare con circa 48 W. Inutile dire che il povero altoparlante rischia di avere vita breve, senza considerare le distorsioni e i rumori causati dal cono che sbatte contro il cestello. Sarebbe quindi buona norma, nel far lavorare insieme altoparlanti diversi, verificare come cadono le varie frequenze di risonanza, cercando, per quanto possibile, di farle coincidere.