Push-pull  (spingi-tira)

 

In generale il push pull è una tecnica di compensazione che linearizza la caratteristica di trasferimento di un dispositivo.

 

Altoparlante dinamico in push-pull:  La non linearità della elasticità è dovuta alla dipendenza della costante elastica k dallo spostamento: il push pull in questo caso è molto efficace. Nel seguito trascuriamo l’isteresi (k(x) è una funzione reale monodroma).

 

k(x) = k0+ a x + b x2 + c x3 + d x4 + e x5 + ….

k(x) rappresenta il coefficiente elastico dell’altoparlante in funzione dello spostamento x. Questo è lo sviluppo in serie di Taylor (isteresi trascurata)

k(x) = 2 (k0+  b x2 +  d x4  + …. )       

Nel push-pull  k(x) è simmetrica e deve  essere k(x)=-k(-x). Ne segue che i coefficienti delle potenze dispari dello sviluppo sono nulli. Il primo termine non lineare è il termine al quadrato.

k(x) = (2k0+ kb )  + 2b x2  + 2d x4  + ….

La cassa chiusa aggiunge una componente elastica lineare kb che si somma a k0.

k(x) = (k0+ kb )  + a x + b x2 + c x3 + d x4 + ….

k(x) = k0 (1+alfa )  + a x + b x2 + c x3 + d x4 + ….

 

alfa= kb / k0

Per un woofer (anche non in push pull) la presenza del volume riduce i termini non lineari di (1+alfa)

(2,3,4 volte o più). La distorsione si riduce almeno altrettanto. 

 

Di norma kb è maggiore di k (da 1 a 3 o più).  Ora che la componente lineare è (k0+ kb ), il primo termine non lineare (a x oppure 2bx2 ) diventa meno importante.

La forza vale F=x k(x) ne segue che nella forza appaiono soltanto termini con esponente dispari. La distorsione di seconda armonica è legata alle potenze pari quindi il push-pull la riduce grandemente. In realtà riducono un po’ anche le armoniche dispari (vds Landau).

Montando una coppia di woofer in push-pull in cassa chiusa si applicano due meccanismi di riduzione della distorsione: la linearizzazione dovuta a kb e la linearizzazione dovuta al push-pull. Per un dipolo aperto la linearizzazione di kb non ci può essere ma resta la linearizzazione del campo acustico dovuta al push-pull.

 

due woofer in push-pull meccanico: simmetrizzando lo spostamento della bobina mobile la distorsione di seconda armonica viene virtualmente eliminata. Anche se gli altoparlanti non sono perfettamente uguali la distorsione diminuisce in modo significativo. Infatti la differenza di due numeri quasi uguali è sempre un numero piccolo.

 

I woofer vanno collegati in parallelo e in controfase. Devono essere dotati di cupoletta antipolvere rigida e il volume compreso tra i due diaframmi deve essere a tenuta d’aria.

 

Con il collegamento in anti-parallleo risulta compensata anche la variazione di Le. In tal caso anche l’impedenza elettrica risulta linearizzata (riduzione della distorsione di corrente) migliorando le condizioni di lavoro dell’amplificatore.

 

 

Tre modi per realizzare il push-pull

Acustico

Meccanico

Meccanico

linearizza lo spostamento volumetrico. Sub-woofer

Linearizza forza e lo spostamento.

Larga banda

linearizza la forza e spostamento. Sub-woofer.

Rispetto al singolo woofer:

Rispetto al singolo woofer:

Rispetto al precedente

Vas raddoppia

Mms raddoppia

Q immutati

l’efficienza raddoppia (se in serie)

SPL aumenta di 6 dB (se in  //)

Vas si riduce a metà

Mms raddoppia

Q immutati

l’efficienza si dimezza

SPL come singolo woofer

l’accoppiamento meccanico è migliore perché il volume di accoppiamento è più piccolo.

Per compensare la variazione di induttanza i woofer vanno connessi in parallelo (sempre in controfase).

La soluzione al centro consente di usare l’altoparlante anche in gamma media.

 

 

Esempio di stadio di amplificazione in corrente in push-pull (classe AB).