Come funziona un altoparlante senza fili?

Un altoparlante senza fili al limite della portata del sistema audio potrebbe non ricevere un segnale forte o avere una buona qualità del suono. Gli audiofili potrebbero non trovarli soddisfacenti. E anche un altoparlante senza fili richiede energia per funzionare. Se tale alimentazione non è fornita da batterie, è necessario collegare l’altoparlante a una fonte di alimentazione. Quindi anche gli altoparlanti wireless possono comunque avere dei cavi. Daremo un’occhiata più da vicino ai pro e ai contro degli altoparlanti wireless più avanti in questo articolo.

Per iniziare a capire come funzionano gli altoparlanti wireless, dobbiamo prima capire un po’ di cose sul suono.

 

Come si propaga il suono

Al suo livello più elementare, il suono è un modo in cui percepiamo le vibrazioni. Quando un oggetto all’interno dell’atmosfera terrestre vibra, spinge contro le molecole d’aria circostanti e le tira. A loro volta, esse influenzano le molecole d’aria circostanti. Diventa una reazione a catena.

Immaginate una campana. Quando suona, la sua superficie in realtà si flette verso l’interno e verso l’esterno. Quando la superficie della campana si flette verso l’interno, tira le molecole d’aria verso la superficie della campana. Esse tirano altre molecole intorno a loro, e quelle tirano ancora più molecole. Chiamiamo questa zona di rarefazione della pressione dell’aria decrescente.

L’estensione verso l’esterno dell’oggetto vibrante è un’onda di fluttuazioni della pressione dell’aria. Se ci si trova nel raggio d’azione dell’onda – l’energia si disperde a distanza – il timpano vibra in reazione alle variazioni di pressione. Il timpano è collegato a piccole ossa dell’orecchio medio. Queste ossa collegano il timpano alla coclea dell’orecchio interno. La coclea è piena di fluido e di piccoli peli. Mentre le ossa fanno vibrare la coclea, il fluido scorre contro i peli, attivando i segnali nervosi che si muovono dall’orecchio al cervello. Il cervello interpreta questi segnali come suoni.

Il suono può viaggiare attraverso solidi, liquidi e gas. Se appoggiate l’orecchio contro un tavolo e fate grattare delicatamente da qualcuno, lo sentirete forte e chiaro. Questo perché il suono generalmente viaggia attraverso i solidi in modo più efficiente rispetto ai gas. Questo è anche il motivo per cui il suono non viaggia nel vuoto dello spazio – non ci sono abbastanza particelle che si scontrano tra loro per propagare il suono.

La natura del suono dipende dalla forza e dalla frequenza con cui le molecole si scontrano tra loro. Le molecole che veramente si scontrano tra loro creano suoni più forti — un grosso martello che colpisce un enorme gong farà collidere le molecole con più forza di quanto farebbe una piccola campana. Fluttuazioni più rapide nell’atmosfera creano suoni con un’intonazione più alta rispetto a quelli che hanno fluttuazioni più lente. Il suono del gong non sarà solo più forte della piccola campana, ma anche più profondo nell’intonazione – la campana crea fluttuazioni più rapide della pressione dell’aria rispetto al gong.

“Gli altoparlanti – sia senza fili che cablati – creano il suono attraverso le vibrazioni. Basta un po’ di elettricità e di magnetismo.”

 

come funziona un altoparlante

Un tipico diffusore ha diverse parti. La parte che vibra per produrre il suono si chiama cono o diaframma. È una superficie flessibile che può essere spinta fuori o tirata verso l’interno dal resto del meccanismo dell’altoparlante. È il diaframma che crea i cambiamenti di pressione atmosferica che percepiamo come suono.

Un elettromagnete chiamato bobina mobile si attacca al centro del cono. Un magnete permanente – un magnete che mantiene il suo campo magnetico senza elettricità – si trova dietro la bobina mobile dall’altra parte del cono. Ciò significa che un altoparlante utilizza due diversi tipi di magneti, che è ciò che dà agli altoparlanti il potere di spingere e tirare contro l’atmosfera rapidamente.

Gli elettromagneti sfruttano il rapporto tra elettricità e campi magnetici. Quando l’elettricità scorre attraverso un filo, genera un campo magnetico. Avvolgendo il filo elettrico attorno ad un nucleo – come un chiodo di ferro – si crea un magnete quando la corrente è accesa. Spegnendo l’elettricità, il campo magnetico si disperde.

I magneti hanno due poli: un polo nord e uno sud. I magneti permanenti hanno sempre gli stessi poli nord e sud. Ma i poli di un elettromagnete possono cambiare a seconda del flusso di elettricità. Forzando il flusso di elettricità ad invertire il flusso, si inverte anche la posizione dei poli dell’elettromagnete.

Questo è importante perché con i magneti, i poli simili si respingono l’un l’altro e i poli opposti si attraggono. Alterando il flusso di elettricità attraverso l’elettromagnete della bobina, il campo magnetico del magnete permanente spingerà o tirerà la bobina. Poiché la bobina mobile si attacca al diaframma, questo causerà la trazione del diaframma verso l’interno o la spinta verso l’esterno.

Gli altoparlanti alterano il flusso di elettricità all’interno di una bobina mobile migliaia di volte al secondo, creando le vibrazioni precise necessarie per creare suoni che vanno da note basse profonde e in forte espansione fino all’acuto di un ottavino.

Negli altoparlanti tradizionali, l’elettricità fluisce da un amplificatore all’interno della sorgente – come un sistema stereo – all’altoparlante su due fili. Questo permette alla sorgente di alternare il flusso di elettricità agli altoparlanti, che provoca il passaggio dei poli dell’elettromagnete. Gli altoparlanti senza fili devono creare lo stesso effetto senza il beneficio dei fili. Ma come fanno a farlo?

Gli altoparlanti senza fili non hanno un collegamento diretto ad un impianto stereo o ad un’altra sorgente. Il sistema deve invece inviare un segnale che gli altoparlanti possono ricevere e convertire in elettricità per pilotare la bobina mobile all’interno dell’altoparlante stesso. Ci sono alcuni modi per farlo.

Un modo è quello di utilizzare i segnali a infrarossi. Questo è simile al funzionamento di molti telecomandi. L’impianto stereo ha un trasmettitore che invia un fascio di luce a infrarossi. Poiché gli infrarossi sono al di fuori dello spettro della luce visibile, non possiamo vederli.

Il compito del trasmettitore è quello di prendere le fluttuazioni di elettricità – le stesse che controllerebbero l’altoparlante se fosse collegato allo stereo – e convertirlo in un raggio infrarosso. Il raggio trasporta le informazioni attraverso gli impulsi. Un sistema a infrarossi può inviare milioni di impulsi al secondo. Gli altoparlanti senza fili hanno sensori in grado di rilevare queste trasmissioni.

Una volta rilevato, il sensore invia segnali elettronici ad un amplificatore. Il suo compito è quello di aumentare la potenza dell’uscita del sensore. Senza l’amplificatore, i segnali sarebbero troppo deboli per pilotare la bobina mobile all’interno dell’altoparlante. Questo è il motivo per cui molti altoparlanti senza fili necessitano ancora di alimentazione cablata per funzionare.

L’amplificatore invia elettricità alla bobina mobile, alternando il flusso di elettricità come diretto dai segnali che il sensore invia. La corrente alternata fa sì che l’elettromagnete della bobina mobile cambi rapidamente la polarità. I campi magnetici dell’elettromagnete e del magnete permanente dell’altoparlante fanno il resto del lavoro, tirando e spingendo la bobina mobile e facendo vibrare il diaframma dell’altoparlante.

Ci sono diversi svantaggi per questo tipo di altoparlante senza fili. Uno di questi è che un raggio infrarosso richiede una linea di vista. Ciò significa che ci deve essere un percorso libero per il raggio infrarosso da seguire dall’impianto stereo all’altoparlante. Qualsiasi cosa blocchi quel percorso impedirà al segnale di raggiungere il sensore dell’altoparlante e l’altoparlante rimarrà silenzioso.

Un altro problema è che i segnali a infrarossi sono piuttosto comuni. I dispositivi come la maggior parte dei telecomandi utilizzano la tecnologia a infrarossi. Ma anche le luci e gli esseri umani emettono una certa radiazione infrarossa. Questo può causare interferenze, rendendo difficile per l’altoparlante rilevare un segnale chiaro da un impianto stereo. Anche il più occasionale appassionato di musica potrebbe trovare difficoltoso ascoltare un sistema che fornisce un’esperienza frammentaria o incoerente.

 

Ci sono altri modi per inviare segnali senza fili. Passiamo ora al mondo della radio.

Le onde radio rappresentano parte dello spettro elettromagnetico. Anche la luce fa parte di questo spettro. Lo spettro visibile della luce ha una gamma di lunghezze d’onda da 390 a 750 nanometri (un nanometro è un miliardesimo di metro). La luce infrarossa (IR) ha una gamma di lunghezza d’onda più lunga di circa 0,74 micrometri fino a 300 micrometri (un micrometro è un milionesimo di metro). Le onde radio sono il grande capretto del blocco – le lunghezze d’onda vanno da 1 millimetro a 100 chilometri.

Le onde radio hanno alcuni vantaggi rispetto ad altri tipi di radiazioni elettromagnetiche. Ma per ottenere onde radio da un impianto stereo ad un altoparlante sono necessari alcuni componenti. Un trasmettitore collegato all’impianto stereo converte i segnali elettrici in onde radio inviando corrente alternata attraverso un’antenna. Le onde radio vengono trasmesse dall’antenna.

Un’antenna e un ricevitore sull’altoparlante senza fili rilevano il segnale radio, e il ricevitore lo converte in un segnale elettrico. Un amplificatore aumenta la potenza del segnale dal ricevitore in modo che possa pilotare l’altoparlante. L’altoparlante ha ancora bisogno di una fonte di alimentazione, proprio come un altoparlante wireless a infrarossi. A differenza di un sistema a infrarossi, un altoparlante senza fili che rileva i segnali radio non ha bisogno di essere in linea di vista con il sistema stereo.

Le onde radio vengono trasmesse in diverse frequenze. Una frequenza è la velocità di oscillazione di un’onda radio – quanto tempo ci vuole perché un’onda radio passi di nuovo da un picco all’altro. Ci vuole più tempo perché un’onda radio più lunga oscilli rispetto a una più corta. Le frequenze radio sono importanti perché le trasmissioni radio che utilizzano frequenze simili possono interferire l’una con l’altra.

Questa interferenza può essere un problema importante – molti dei sistemi di comunicazione su cui contiamo oggi si basano sulle trasmissioni radio. Per questo motivo, molti paesi hanno stabilito regole che limitano i tipi di frequenze radio che i vari dispositivi sono autorizzati a generare. Questo limita il potenziale di interferenza del segnale.

Negli Stati Uniti, le bande di frequenze assegnate ai dispositivi come gli altoparlanti senza fili includono da 902 a 908 megahertz, da 2,4 a 2,483 gigahertz e da 5,725 a 5,875 gigahertz. All’interno di queste gamme, le trasmissioni senza fili non dovrebbero interferire con i segnali radio, televisivi o di comunicazione.

All’interno di queste gamme ci sono diversi protocolli, come il Bluetooth. Il protocollo Bluetooth permette ai dispositivi di connettersi tra loro. Il Bluetooth può anche permettere ad un produttore di includere controlli su un altoparlante che vanno oltre il volume e la potenza. Poiché il protocollo Bluetooth permette la comunicazione bidirezionale, si potrebbe avere un altoparlante senza fili che permette di controllare quale traccia è in riproduzione o su quale stazione radio il sistema è sintonizzato senza farvi alzare per cambiarlo sul sistema principale.

 

Vantaggi e svantaggi degli altoparlanti

Il vantaggio principale di un sistema di altoparlanti senza fili è piuttosto evidente: non ci sono cavi che collegano gli altoparlanti al sistema audio. Potete mettere i vostri altoparlanti ovunque nel raggio di trasmissione e non dovete preoccuparvi di inciampare o di nascondere i cavi che conducono al vostro sistema audio. Questo può semplificare l’installazione di un sistema home theater.

Gli altoparlanti wireless sono popolari nei sistemi di altoparlanti da esterno. Se si desidera impostare un sistema di altoparlanti su una terrazza, un patio o una piscina, un sistema wireless può essere l’ideale.

Ci sono alcuni svantaggi dei sistemi wireless. Poiché gli altoparlanti wireless richiedono ancora energia, è probabile che sia necessario collegare ogni altoparlante a una fonte di alimentazione. Gli altoparlanti wireless a batteria esistono, ma potrebbero non avere la potenza audio che desiderate dal vostro sistema audio. Se è necessario collegare ogni altoparlante a una fonte di alimentazione, è probabile che vi troviate ancora limitati nel modo in cui è possibile impostare il vostro home theater.

L’interferenza può essere un altro problema. Ci sono molti dispositivi che emettono onde radio. Se queste onde radio sono sulla stessa frequenza del vostro impianto audio e degli altoparlanti, potreste ricevere dei segnali confusi mentre ascoltate la vostra musica. Anche i segnali che cadono possono essere un problema – se un trasmettitore o un ricevitore smettono di funzionare o cadono, questo influenzerà la vostra esperienza di ascolto.

Un altro problema è la larghezza di banda. Gli altoparlanti cablati possono trasportare molte informazioni sotto forma di segnali elettrici. I segnali wireless non possono davvero competere. La musica può sembrare meno piena o ricca. È un elemento soggettivo che può essere difficile da esprimere a parole. Se sei un audiofilo, potresti trovare gli altoparlanti wireless carenti dal punto di vista delle prestazioni.

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