Come progettare altoparlanti miniaturizzati

Pubblicato il 6 giugno 2018

Gli altoparlanti miniaturizzati possono essere integrati in un’ampia gamma di dispositivi tra cui video-citofoni, allarmi o timer di piccole dimensioni, oltre a diversi tipi di prodotti audio palmari e portatili. Essi possono essere utilizzati anche per migliorare le interfacce uomo/macchina (HMI) di apparecchiature quali macchinari industriali, dispositivi medicali, periferiche di computer, sistemi per l’automazione di ufficio e molte altre ancora.

Gli altoparlanti miniaturizzati sono disponibili in varie versioni, con potenze di ingresso comprese tra 0,1 e 6 W, impedenze pari a 8, 6 o 4 Ohm, telai di forma circolare, rettangolare o quadrata di dimensioni comprese tra 10 e 40 mm e profondità che può essere di soli 2 mm. Inoltre è possibile avere altoparlanti con i tradizionali collegamenti a filo oppure altoparlanti a montaggio superficiale compatibili con i processi produttivi per alti volumi e in grado di resistere alle elevate temperature tipiche della saldatura a riflusso.

Realizzazione di un altoparlante miniaturizzato tradizionale

Fig. 1 – Realizzazione di un altoparlante elettromagnetico miniaturizzato

Gli altoparlanti elettromagnetici tradizionali sono realizzati secondo lo schema riportato in figura 1. Il cono, in carta o Mylar, è sostenuto da meccanismi di sospensione anteriori e posteriori e fissato a una bobina mobile (voice coil) sospesa nel campo generato da un magnete permanente fisso. La sospensione anteriore è fissata al telaio dell’altoparlante che a sua volta è collegato alla struttura del magnete. Quando un segnale audio è applicato alla bobina mobile, il cono si muove relativamente al resto dell’assemblaggio e genera le onde di pressione che sono rilevate come suoni.

Per fissare l’altoparlante in modo sicuro e proteggere il meccanismo contro danni di natura fisica è necessario un alloggiamento. Quest’ultimo è formato da involucri anteriori e posteriori che sono fissati su entrambi i lati dell’altoparlante e del suo telaio, come visibile in figura 2. In pratica potrebbe trattarsi di una semplice sagoma ricavata dal pannello frontale di un’apparecchiatura oppure di rientranza ottenuta tramite lavorazione o stampaggio dotata di un pannello frontale. In ogni caso, un’accurata progettazione dell’alloggiamento – che tiene conto anche della geometria e dell’assemblaggio – può contribuire a ottimizzare le prestazioni audio e l’affidabilità complessiva del dispositivo.

Fig. 2 – Una realizzazione meccanica di elevate qualità può contribuire a migliore le prestazioni audio e l’affidabilità

 

Progetto degli involucri dell’altoparlante

La cavità frontale deve consentire alle onde sonore di propagarsi dall’altoparlante senza attenuare eccessivamente il volume. Ciò può essere ottenuto mediante una griglia di fori nel pannello frontale. La rimozione di una quantità di materiale pari al 20% è già in grado di garantire un buon compromesso tra protezione e percezione di volume sonoro (loudness). Le onde sonore possono propagarsi in modo più efficiente se la dimensione e la forma della serie di fori sono all’incirca equivalenti a quelle dell’altoparlante.

Quando si progetta la cavità frontale, è importante assicurare che il cono dell’altoparlante possa raggiungere la sua massima escursione senza entrare in contato con il pannello frontale. Di solito è sufficiente prevedere uno spazio di separazione di 1 o 2 mm tra il cono e il pannello frontale.

Un progettista audio esperto può anche ottimizzare la cavità posteriore per migliorare il volume dell’altoparlante e la qualità audio. Un obiettivo di questo tipo è difficile da raggiungere senza avere conoscenze specifiche in materia. Una semplice cavità sigillata di dimensioni adeguate, rivestita con materiale fono-assorbente può garantire buone prestazioni. Le pareti della cavità, inoltre, devono avere una rigidità sufficiente in modo da non irradiare il suono.

Per garantire migliori prestazioni audio, la cavità posteriore dovrebbe avere una grande capacità (volume) per impedire che il movimento del diaframma dell’altoparlante modifichi significativamente la pressione dell’aria nell’involucro posteriore e quindi attenui il suono irradiato dalla parte anteriore dell’altoparlante. D’altro canto, poiché un altoparlante miniaturizzato viene spesso scelto per soddisfare vincoli severi in termini di spazio, la capacità massima potrebbe risultare fortemente limitata. Un buon punto di partenza è realizzare una cavità posteriore con una profondità pari all’incirca a quella del diametro dell’altoparlante. Se è necessario ridurre la profondità della cavità per realizzare un prodotto di profilo inferiore, è possibile estendere l’area prevista dietro l’altoparlante per ottimizzare la capacità della cavità.

E’ anche importante impedire la propagazione del suono dalla cavità posteriore alla parte anteriore dell’altoparlante. Per ottenere ciò è importante che il telaio dell’altoparlante sia ben sigillato. L’altoparlante, inoltre, dovrebbe montato in modo sicuro per evitare vibrazioni o rumori indesiderati. L’inserimento di schiuma ad alta densità nell’interfaccia tra la struttura dell’altoparlante e l’alloggiamento può contribuire a soddisfare entrambi questi requisiti.

Nel momento in cui si progetta l’alloggiamento di un altoparlante è necessario tener conto di parecchi fattori. Seguendo queste semplici linee guida di progetto si riesce a ottenere il miglior suono possibile nelle applicazioni con severi vincoli di spazio che prevedono l’uso di altoparlanti miniaturizzati.

Ulteriori risorse

Maggiori informazioni sugli altoparlanti miniaturizzati di CUI Devices, disponibili in varie forme, dimensioni e potenza nominale sono disponibili qui.

Ulteriori informazioni sulla progettazione e sulle applicazioni sono disponibili presso lo Speakers Product Spotlight di CUI Devices.



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