Si ascolta una coppia di diffusori importante, si parla del progetto, della costruzione, degli altoparlanti. Poi arriva spesso una domanda:
« Ma davvero il woofer è in carta? »
A volte dietro quella domanda c’è una certa sorpresa. Perché quando un diffusore costa diverse migliaia di euro, ci aspettiamo istintivamente materiali che suonino più “tecnologici”: carbonio, alluminio, ceramica, fibre esotiche.
La carta sembra appartenere a un’altra epoca. Eppure è ancora utilizzata in alcuni altoparlanti contemporanei di altissimo livello.
Naturalmente non stiamo parlando della carta di un quaderno. Le membrane in cellulosa moderne possono utilizzare fibre selezionate, trattamenti, impregnazioni, miscele e geometrie molto sofisticate. Il loro interesse rimane lo stesso da decenni: ottenere un buon equilibrio fra leggerezza, rigidità e capacità di smorzare le risonanze.
Ed è proprio qui che il discorso diventa interessante, perché il materiale di una membrana conta molto.Ma da solo non ci dice quasi mai se un diffusore suonerà bene.
Progettare non significa necessariamente produrre tutto in casa
Molti costruttori di diffusori, anche molto affermati, non producono direttamente gli altoparlanti che utilizzano. Preferiscono lavorare con aziende altamente specializzate nella progettazione e nella fabbricazione dei trasduttori. Questo non significa scegliere semplicemente un woofer da un catalogo! Un altoparlante può essere sviluppato secondo specifiche precise del costruttore: materiale e geometria della membrana, sospensione, impedenza, motore, parametri meccanici ed elettrici possono essere adattati al progetto del diffusore.
È una scelta perfettamente razionale.
Sviluppare e produrre internamente altoparlanti richiede competenze molto specifiche, ricerca, macchinari, prototipi, misure e volumi sufficienti per ammortizzare investimenti importanti. Per un costruttore di diffusori, affidarsi a uno specialista può quindi significare concentrare le proprie risorse su ciò che conta nel progetto complessivo: scegliere o sviluppare il trasduttore giusto e integrarlo nel modo migliore con il mobile, il filtro e gli altri altoparlanti.
In alta fedeltà, fare tutto in casa non è necessariamente un segno di superiorità. Conta sapere esattamente che cosa chiedere a chi lo sa fare bene.
Un lavoro apparentemente semplice
La membrana di un altoparlante deve spostare aria. Sembra facile, ma in realtà le chiediamo parecchio.
Deve accelerare e fermarsi molto rapidamente. Deve seguire variazioni minuscole del segnale senza deformarsi troppo. Deve essere abbastanza rigida da muoversi il più possibile come un corpo unico, ma sufficientemente leggera da reagire velocemente.
E, quando inevitabilmente comincia a flettersi o a risuonare, deve farlo in modo controllabile.
Qui nasce il problema: rigidità, leggerezza e smorzamento non vanno sempre d’accordo. Un materiale molto rigido può sviluppare risonanze marcate.
Uno molto smorzato può risultare meno rigido. Aumentare lo spessore migliora alcune caratteristiche, ma aumenta anche la massa.
Il lavoro del progettista consiste quindi nel cercare un equilibrio. Ed è per questo che, dopo decenni di ricerca, non esiste ancora un materiale che abbia mandato tutti gli altri in pensione.
La carta, molto meno semplice di quanto sembri
La cellulosa ha una qualità preziosa: possiede naturalmente un buon comportamento di smorzamento.
Quando una membrana comincia a deformarsi alle frequenze più alte della propria zona di lavoro, le risonanze tendono a essere relativamente facili da controllare. Inoltre è leggera e può essere modificata in moltissimi modi.
Si può intervenire sulla lunghezza e sulla disposizione delle fibre, aggiungere altre fibre, utilizzare impregnanti, cambiare spessore e densità, creare nervature o variare la forma del cono. Due membrane entrambe definite semplicemente “in carta” possono quindi avere pochissimo in comune.
Ed è qui che il termine diventa quasi ingannevole. Un cono in cellulosa economico prodotto in milioni di esemplari e una membrana sviluppata specificamente per un altoparlante di alto livello possono condividere la materia di base, ma non certo il progetto.
La carta continua a essere utilizzata proprio perché offre caratteristiche acustiche molto interessanti. Non per nostalgia.
Polipropilene e materiali plastici
Il polipropilene ha avuto grande diffusione perché abbina leggerezza, stabilità e un buon smorzamento interno. È relativamente poco incline a produrre risonanze molto marcate e può quindi avere un comportamento regolare e prevedibile.
Il suo limite, rispetto ad altri materiali, è una rigidità non particolarmente elevata. Anche qui geometria, spessori e formulazione diventano decisivi.
Definire una membrana semplicemente come “plastica” dice quindi poco sul risultato finale. Come spesso accade in hi-fi, il nome del materiale racconta solo l’inizio della storia.
Carbonio, fibre e materiali compositi
Le fibre di carbonio, di vetro, aramidiche (la caratteristica membrana gialla) e i diversi materiali compositi permettono di ottenere un rapporto molto interessante fra rigidità e peso.
Sono anche visivamente riconoscibili, cosa che certamente non dispiace al marketing.
Ma dietro l’aspetto tecnologico esistono molte possibilità differenti: la direzione delle fibre, la trama, la resina utilizzata, il numero degli strati e l’eventuale costruzione sandwich influenzano profondamente il comportamento della membrana.
Un composito può essere molto rigido e leggero, ma anche qui bisogna controllare ciò che accade quando la struttura raggiunge il proprio limite e smette di muoversi uniformemente. La rigidità non elimina le risonanze: le sposta.
Il progettista deve sapere dove andranno a finire e come gestirle.
Metalli: rigidità e controllo
Alluminio, magnesio e titanio hanno una caratteristica immediatamente interessante: possono essere molto rigidi rispetto alla loro massa. Questo permette alla membrana di mantenere un comportamento quasi pistonicamente uniforme su una banda di frequenze piuttosto ampia.
Quando però arriva il momento in cui la membrana comincia a deformarsi, le risonanze possono essere più nette rispetto a quelle di materiali naturalmente più smorzati. Diventa quindi fondamentale progettare correttamente geometria, spessore e filtraggio.
Un cono metallico ben utilizzato può avere prestazioni eccellenti. Lo stesso materiale impiegato senza tenere conto delle sue caratteristiche può diventare molto più problematico. Ancora una volta, il nome scritto sulla brochure non basta.
E quando si sale in frequenza?
Nei tweeter il problema cambia ancora: la membrana è molto più piccola, deve muoversi pochissimo e raggiungere frequenze estremamente elevate.
Qui troviamo cupole in tessuto, alluminio, titanio, berillio, materiali ceramici e soluzioni ancora più sofisticate. Una cupola in seta o tessuto trattato offre generalmente un buon smorzamento e permette di gestire le risonanze in modo progressivo.
Materiali molto rigidi come il berillio (che costa cinquanta volte il prezzo dell'oro...) possono invece spostare la frequenza alla quale la membrana entra in rottura ben oltre la banda normalmente udibile. Questo è interessante perché consente al tweeter di lavorare nella propria zona utile mantenendo un comportamento molto controllato.
Naturalmente aumentano difficoltà di produzione e costi.
E anche un materiale prestigioso rimane soltanto una parte del tweeter: motore, sospensione, camera posteriore, forma della cupola e guida d’onda hanno un ruolo enorme nel risultato finale.
Quando la membrana smette di comportarsi come vorremmo
A questo punto vale la pena introdurre un termine che compare spesso nelle descrizioni tecniche: break-up.
Idealmente vorremmo che l’intera membrana avanzasse e arretrasse insieme, come un pistone perfettamente rigido. Nella realtà, salendo in frequenza, diverse zone cominciano a muoversi in modo differente. La membrana si flette, compaiono modi di risonanza, il comportamento diventa più complesso… Ogni materiale affronta questo momento a modo proprio.
Alcuni lo raggiungono prima ma lo smorzano bene. Altri rimangono rigidi più a lungo e poi manifestano risonanze più concentrate. Da qui derivano molte delle scelte progettuali: materiale, forma, diametro, spessore e frequenza alla quale l’altoparlante viene filtrato.
Un buon progetto non pretende che un materiale non abbia limiti. Fa in modo di utilizzarlo dove lavora meglio.
Anche la forma conta
Due membrane dello stesso materiale possono comportarsi in modo molto diverso se cambia la geometria. Profondità del cono, curvature, nervature, profilo e raccordo con la sospensione contribuiscono alla rigidità e alla distribuzione delle risonanze.
Oggi simulazione e strumenti di misura permettono di studiare queste deformazioni con una precisione impensabile qualche decennio fa. Ed è un altro buon esempio di innovazione che non si vede immediatamente.
A occhio nudo continuiamo a osservare un cono. Il lavoro fatto su quel cono, però, può essere enormemente più complesso.
E poi ci sono diffusori senza cono…
Abbiamo parlato finora di altoparlanti dinamici tradizionali. Ma esistono altri modi di mettere in movimento l’aria.
Nei diffusori planari e isodinamici, per esempio, può essere utilizzata una membrana sottilissima e molto leggera distribuita su una superficie molto più ampia. Qui cambiano completamente massa mobile, superficie radiante e modo in cui la forza viene applicata alla membrana. È un buon promemoria.
Quello che cerchiamo non è il materiale più moderno o più esotico. Cerchiamo un modo efficace di trasformare un segnale elettrico in movimento dell’aria. Le strade per arrivarci possono essere molto diverse.
Allora quale materiale suona meglio?
Probabilmente è la domanda meno utile! Una membrana non lavora mai da sola: ci sono il motore dell’altoparlante, la bobina, la sospensione, il cestello, il mobile, il filtro, gli altri altoparlanti e tutto ciò che il progettista ha fatto per integrarli.
Poi arrivano le misure. E, nei progetti che prendiamo sul serio, arriva anche molto ascolto. È perfettamente possibile preferire un diffusore con membrane in carta a uno costruito con materiali molto più esotici …Oppure il contrario.
La materia prima non stabilisce una gerarchia.Racconta piuttosto quale problema il progettista ha scelto di affrontare e con quali strumenti.
Per questo, quando qualcuno osserva con una certa perplessità il cono in carta di un diffusore da diverse migliaia di euro, la risposta può essere molto semplice: vale la pena ascoltarlo prima di giudicarlo.
Perché quando parte la musica non ascoltiamo carta, carbonio, alluminio o berillio… Ascoltiamo il risultato di tutte le decisioni prese intorno a quella membrana.
Piccolo lessico
Rigidità
Capacità della membrana di mantenere la propria forma mentre si muove. Una maggiore rigidità aiuta a conservare un comportamento uniforme, ma non elimina automaticamente le risonanze.
Massa mobile
La massa delle parti dell’altoparlante che devono muoversi. Ridurla può favorire rapidità e accelerazione, ma deve essere compatibile con le altre esigenze del progetto.
Smorzamento
Capacità di un materiale o di una struttura di dissipare l’energia delle vibrazioni evitando che continuino a risuonare troppo a lungo.
Break-up
Regione nella quale la membrana non si muove più come un corpo unico e comincia a flettersi secondo diversi modi di vibrazione.
Escursione
Distanza percorsa dalla membrana avanti e indietro. Diventa particolarmente importante nei woofer, che devono spostare molta aria alle basse frequenze.
Composito
Materiale ottenuto combinando sostanze diverse per sfruttarne proprietà complementari, per esempio fibre rigide all’interno di una matrice o di una struttura sandwich.
