Break-up della membrana:

 

Riferito ad un fenomeno tipico degli altoparlanti con diaframma a cono e a cupola dove la forza di eccitazione è concentrata in alcuni punti (in un woofer è concentrata attorno all’apice del cono, in un tweeter a cupola e concentrata lungo il perimetro della cupola, ecc.)

Negli altoparlanti elettrostatici la forza è distribuita su tutta la superficie vibrante la quale si muove come un “tutto unico” e non genera break pu.

 

Break-up in inglese significa “rottura” e si riferisce alla formazione di onde stazionarie (lungo l‘apotema del diaframma conico, ma anche i modi “a campana”)  che danno origine a irregolarità più o meno marcate nella risposta in frequenza dell’altoparlante (per interferenza). In pratica il diaframma si muove in sezioni concentriche non in fase tra loro. Ricordiamo che, per una lamina sottile, le frequenze dei modi normali sono proporzionali al quadrato dello spessore. Ne segue che i cono più spessi (più pesanti) presentano break up a frequenze più alte (e quindi più facilmente fuori dalla banda di utilizzo).   

In passato, per realizzare i diaframmi degli altoparlanti, si impiegava la carta (o impasti di carta) e la forma conica del diaframma deriva dalla necessità si conferirgli una rigidità assiale. Si è poi passati ai materiali plastici (polistirolo, polipropilene) con maggiore smorzamento interno per “smorzare” le onde stazionarie nel loro viaggio dall’apice verso il bordo del diaframma. Questi coni suonano bene a  volume non troppo elevato. Essendo poco rigidi sono soggetti alla produzione di sub armoniche. Attualmente si utilizzano metalli e materiali compositi (alluminio, Roacel, Magnesio, Elektron, ceramica, ecc.) che presentano break-up molto forti ma fuori dalla banda di utilizzo (oltre 4-5kHz). Tali diaframmi non producono sub armoniche e riproducono SPL elevati. Il problema è il loro peso che richiede magneti più potenti per non perdere troppa efficienza. La Seas è riuscita a controllare le risonanze dei coni in magnesio introducendo delle venature nella sospensione esterna in gomma (rim).  

 

La presenza dei break-up introduce irregolarità nella risposta in frequenza, irregolarità nella dispersione e distorsione non lineare.

Un diaframma rigido e pesante, potenzilamente, suona meglio di un un cono flessibile in particolare per quanto riguarda la Chiarezza.

 

 

Modello elettrico equivalente di un woofer con in evidenza le rotture della membrana che generano una serie di circuiti risonanti risolvibili in una linea di trasmissione che porta la vibrazione dalla bobina verso il bordo esterno.

 

Modello meccanico. Il diaframma è “chiuso” sulla sospensione esterna che fa da impedenza di carico a quella specie di line di trasmissione che è il diaframma. Nei diaframmi metallici le risonanze sono poche, ben distanziate e molto evidenti quindi bastano un numero limitato di celle RLC per simulare il moto del diaframma. Nei diaframmi rigidi le qualità smorzanti del bordo esterno sono determinanti per  impedire le riflessioni della perturbazione e ridurre il fattore di merito delle risonanze.

 

 

 

Modi radiali o a campana che si formano lungo il bordo dell’altoparlante. Anche questi dovrebbero essere smorzato dal rim.

 

Corrispondenza tra risposta in frequenza e break up della membrana

 

  

In questo altoparlante da 10” si nota un picco ben formato sull’impedenza cui corrisponde una discontinuità nella risposta in frequenza.  Si tratta della risonanza della sospensione esterna (rim) mentre i break-up della membrana sono evidenti oltre 2KHz. Il picco a circa 700 Hz nel modulo dell’impedenza mostra l’aumento di velocità causato dalla repentina diminuzione della massa dinamica. Anche la dispersione (più ampia del normale) dipende dalle rotture del cono (riduzione di SD ed effetto tromba del diaframma conico).

 

 

 

 

Break up della membrana di un tweeter (a circa 13-14 kHz) messa in evidenza dalla Waterfall. La membrana continua a muoversi per oltre 3 millisecondi dopo la fine dello stimolo.

Queste “code sonore” interferiscono con la Chiarezza perché impediscono la percezione dei transienti successivi.

 

 

 

 

Osservando la risposta all’impulso di  altoparlanti con diaframma in metallo si vede chiaramente il ringing correlato ai forti picchi sulla risposta caratterizzati da fattori di merito molto alti. Quando la banda passante dell’altoparlante viene limitata, da un filtro passa basso opportuno, questi break-up diventano non  udibili.

 

Infatti un conto è eccitare il cono colpendone la superficie con un martelletto (in questo caso suona come una campana evidenziando tutti i propri modi normali) un altro conto è eccitarlo attraverso la bobina mobile con un segnale limitato in banda. Se lo stimolo non contiene le frequenze corrispondenti ai break-up questi non ricevono energia e non vengono eccitati. Diverso il discorso per i tweeter a cupola rigida che presentano picchi oltre la banda audio. Se la sorgente è un CD Audio e la risonanza cade oltre i 22 kHz  non verrà mai eccitata (se non dal rumore). Se la sorgente presenta una banda passante più estesa non sono esclusi effetti negativi. In realtà si dovrebbe imporre un filtro passa basso anche al tweeter.

  

L’espressione a sinistra fornisce i modi normali per una membrana piatta di forma circolare.

r = raggio   t = spessore    E= modulo di Young  ν  = rapporto di  Poisson    ρ = densità.

Kn= costante per l’ennesimo modo (k1 = 10.2, k2 = 21.3, k3 = 34.9, …). Per una membrana in diamante spessa  60 μm con 20 mm di diametro  E = 1140 GPa, ν  = 0.1 e  ρ  = 3.51 g/cm3, il primo modo di trova a 5.09 kHz.

 

 

 

Nota spesso la scelta di materiali particolari per realizzare i diaframmi è solo un modo per differenziare i prodotti.

I diaframmi in titanio non sono di titalino ma di ceramica sulla cui superficie viene deposto per vaporizzazione del titanio. La quantità di titanio è talmente minima che difficilmente può avere un qualche effetto. Il processo di deposito del titanio tuttavia è costoso.

Un altro esempio è il Bextrene utilizzato in passato dalla Kef. Il Bextrene è il normale polistirolo cui è stato cambiato il nome.