Plasma Tweeter

PLASMA TWEETER

Introduzione:

Appassionato del mondo del Hi-Fi ,vengo a conoscenza di un Tweeter

(Altoparlante destinato a riprodurre i suoni alti,dalla gamma vocale in su) per

appassionati Audiofili prodotti negli anni ‘60,il quale funzionava senza parti

meccaniche in movimento,fatto che gli conferiva una velocissima risposta e

un’ottima efficienza.

Questo tweeter produceva il suono da una scarica elettrica ad altissima

tensione,cosa che fece molto scalpore all’epoca;poche sono state le ditte che

hanno cercato di rendere questo un prodotto commerciale,principalmente per

due motivi costo della realizzazione e difficili tarature .In quegli anni infatti si

disponeva solo di valvole termoioniche e pochi altri componenti (ben lontano

dall’elettronica moderna basata principalmente su circuiti integrati)questo

rendeva quindi molto costosi i dispositivi elettronici soprattutto della branca

audio hi-fi.

Ricordiamo alcuni marchi quali Ionovac, Acapella e Magnat che realizzavano

suddetto dispositivo,per il resto veniva autocostruito da esperti del settore

audio e elettronico.

Il fatto più incredibile è pensare che una scintilla possa riprodurre un segnale

udibile, definito e irregolare quale la musica(è talmente al di fuori dalla nostra

concezione,che solo vendendolo ci si riesce a credere),questo mi spinse

principalmente a realizzarne un prototipo similare ;volevo infatti poter

assaporare questo effetto avvolgente omnidirezionale da molti descritto,il

“calore” del suono (a differenza di quello prodotto da un metallico tweeter a

membrana) e la vasta gamma di frequenze alte e altissime dai 2Khz oltre i

22KHz.

TEORIA:

IL PLASMA:

In fisica e chimica, un plasma è un gas ionizzato, costituito da un insieme di

elettroni e ioni e globalmente neutro (la cui carica elettrica totale è cioè nulla).

Essendo però costituito da particelle cariche, i moti complessivi delle particelle

del plasma sono in gran parte dovuti alle forze a lungo raggio che si vengono

continuamente a creare, e che tendono a mantenere il plasma neutro; questo

fatto stabilisce una differenza importante rispetto ai gas ordinari, nei quali i

moti delle particelle sono dovuti a forze che si estendono al massimo per

qualche primo vicino. In quanto tale, il plasma è considerato come il quarto

stato della materia, che si distingue quindi dal solido, il liquido e il gas.

"Ionizzato" in questo caso significa che una frazione significativamente grande

di elettroni è stata strappata dagli atomi.

Le cariche elettriche libere fanno sì che il plasma sia un buon conduttore di

elettricità, e che risponda fortemente ai campi elettromagnetici. Questo quarto

stato della materia fu identificato da Sir William Crookes nel 1879 e chiamato

"plasma" da Irving Langmuir nel 1928. Le ricerche di Sir Crookes portarono

alla realizzazione dei cosiddetti tubi di Crookes, che erano gli antenati dei tubi

catodici e delle lampade al neon.

Mentre sulla terra la presenza del plasma è relativamente rara (fanno

eccezione i fulmini, le aurore boreali e le fiamme), nell'universo costituisce più

del 99% della materia conosciuta: si trovano sotto forma di plasma il Sole, le

stelle e le nebulose. Inoltre, si ha una formazione di plasma sullo scudo

termico dei veicoli spaziali al rientro nell'atmosfera.

Il plasma è spesso definito come "quarto stato" della materia: in questo senso,

esso riproduce l'idea dei quattro elementi, che storicamente si fa risalire al

filosofo greco Empedocle. I primi esperimenti riguardanti i plasmi coincidono

però con le prime scoperte sull'elettromagnetismo. Le prime scoperte sulle

proprietà delle scariche elettriche nei gas vengono fatte risalire al leggendario

esperimento di Benjamin Franklin, che scoprì la natura elettrica del fulmine:

nel giugno 1752, a Philadelphia, egli usò come dispositivo un aquilone, legato

all'estremità di un filo di canapa. All'altra estremità egli appese una chiave, e

portò l'aquilone vicino alle nuvole durante un temporale. Tenendo a distanza

con un nastro di seta l'estremità con la chiave, per proteggersi le mani, vide

che la chiave si muoveva per effetto dell'accumulo di cariche elettriche, e che

poteva caricare con questa una bottiglia di Leida (un tipo di esperienza che egli

aveva già effettuato nei suoi studi sull'elettrostatica).

Studi più precisi coincidono con la creazione dei primi tubi da vuoto, i tubi di

Crookes appunto, che Sir William Crookes cominciò a studiare negli anni

successivi al 1870 modificando il prototipo creato da Heinrich Geissler, che si

chiama appunto tubo di Geissler. Proprio un tubo simile a questo portò

Röntgen alla scoperta dei raggi X.

Gli studi sui plasmi rimasero però più che altro una curiosità: fanno eccezione

gli studi approfonditi di Irving Langmuir, che studiò in particolare (negli anni

successivi al 1920) l'interazione dei plasmi con le pareti del contenitore nei

quali i plasmi stessi venivano formati: proprio per questi studi egli vinse il

premio Nobel nel 1932. L'interesse sistematico per lo studio dei plasmi inizia

invece alla fine degli anni cinquanta, quando la Conferenza di Ginevra “Atoms

for peace” sancisce l'inizio degli studi su uno sfruttamento pacifico della

Fusione nucleare. Contemporanea è la costituzione dell'Agenzia Internazionale

per l'Energia Atomica (IAEA, 1957).

Più o meno nello stesso periodo cominciano i primi studi sugli effetti di un

campo magnetico sui gas ionizzati (per es. della ionosfera) compiuti dal fisico

svedese Hannes Alfvén, che lo porteranno a vincere il premio Nobel nel 1970.

Questi studi porteranno alla spiegazione del meccanismo delle fasce di Van

Allen in termini di moti di ioni ed elettroni.

Oggi la fisica del plasma è un settore in piena espansione, non solo per quanto

riguarda la Fusione nucleare, ma anche le applicazioni industriali (trattamento

di superfici, il taglio al plasma, gli schermi al plasma) e la propulsione spaziale.

IL TUONO:

Ma è possibile che il plasma generi un suono??

pensiamo al tuono …

Il tuono è il rumore, improvviso e forte, provocato dal fulmine. Il fulmine causa

un forte aumento di pressione e temperatura che provoca la rapida espansione

dell'aria attraversata dal lampo. A sua volta, questa espansione d'aria produce

un'onda d'urto che si manifesta col rumore del tuono.

La prima teoria sulle cause del tuono di cui si ha traccia è attribuita al filosofo

greco Aristotele, nel 300 a.C., ed una speculazione precedente che faceva

riferimento alla collisione di nuvole. Si susseguirono molte altre teorie: nella

metà del XIX secolo si accettava l'idea che il fulmine producesse il vuoto.

L'idea accettata oggi dice che il tuono è causato dall'enorme spostamento

d'aria che il fulmine crea nell'atmosfera quando scocca. L'aria nei canali

ionizzati che compongono il fulmine viene riscaldata a circa 28.000°C: ciò crea

un'espansione in volume del canale ad una velocità più alta di quella del suono.

Ne consegue un'onda d'urto, simile a quella di un'esplosione o di un aereo

supersonico; ed è proprio l'onda d'urto che genera il tuono, che può essere

udito come un colpo secco e improvviso se il fulmine è scoccato vicino

all'osservatore; come un rumore diffuso e tenue se scocca in lontananza, per

effetto dell'eco e del rimbombo.

IL TWEETER:

I tweeter sono chiamati a riprodurre le frequenze alte, comprese fra l’estremo

superiore, normalmente i classici 20.000 Hz e un estremo inferiore che è in

funzione della tipologia di diffusore, ma che in genere si attesta attorno ai 2

KHz. I tweeter maggiormente impiegati nella costruzione dei diffusori sono

quelli con la cupola in seta o in elementi metallici, a volte possono essere

caricati a tromba (di cui un esempio classico è quello dei diffusori Klipsch), che

sono caratterizzati da una altissima sensibilità dei diffusori, anche se a scapito

della direzionalità del suono emesso. Oltre alla tecnologia a cupola (la più

diffusa), ne esistono altre, brevettate da numerosi costruttori internazionali. Un

esempio è il tweeter a nastro coassiale, brevettato da Leo Greiner e Kurt

Scheuch, ricercatori dell'azienda svizzera Piega, specializzata in diffusori

acustici ad alta fedeltà.

Dello stesso produttore sono due tweeter con brevetti 2005:

C2 Coaxial Ribbon

 LDR ribbon



Già negli anni sessanta, il costruttore statunitense Magnepan brevettò un

sistema a nastro per la riproduzione della gamma alta impiegato nei propri

diffusori acustici isoplanari, ovverosia impieganti membrane piane in mylar

costituenti sia i woofer che i midrange. Il nastro in alluminio, largo un quarto di

pollice, lungo circa 150 centimetri e dello spessore di pochi micron, data la sua

massa estremamente ridotta, permette escursioni in frequenza oltre i 20

kilohertz. Un costruttore italiano (Armonialoudspeakers) ha recentemente

immesso nel mercato dei diffusori con particolari trasduttori a compressione

denominati(Ticcs). Questi trasduttori sono costituiti da una membrana

sottilissima in kapton ripiegato con unità magnetiche in neodimio-boro.

Quando sia richiesta grande potenza sonora, dell'ordine dei kilowatt, si ricorre

ad una tipologia costruttiva in uso da decenni, denominata "a compressione";

sono unità magnetodinamiche di forma cilindrica, con membrana metallica, le

quali devono essere necessariamente accoppiate ad un carico costituito da una

tromba, realizzata generalmente in alluminio pressofuso, avente la bocca di

emissione di forma rettangolare, sono in commercio anche modelli di fascia

economica realizzati in plastica. La qualità audio di queste unità è inferiore alle

altre tecnologie ma è l'unica che permette di ottenere grandissime pressioni

acustiche (Decibel).

Altri esempi di diffusori a tromba sono quelli normalmente usati nei concerti,

essendo infatti caratterizzati da una alta efficienza si possono utilizzare

amplificazioni di minor potenza a parità di pressione acustica

generata. Il tweeter è facilmente riconoscibile in

un diffusore in quanto è il driver con la membrana più piccola fra tutti quelli

presenti. Ultimamente, come già citato in premessa, la tecnologia di

costruzione si sta specializzando verso driver che siano capaci di superare il

limite dei 20 KHz, e che arrivino fino a 100 KHz, il tutto grazie soprattutto ai

nuovi formati audio che sono stati ultimamente immessi sul mercato, come i

SACD (Super Audio CD) o i DVD Audio, che possono registrare suoni

caratterizzati appunto da una maggiore frequenza massima rispetto al cd

tradizionale. I tweeter che in genere permettono di riprodurre un tale range di

frequenza sono chiamati supertweeter.Tra questi rientrano i tweeter al plasma

.i tweeter Elettrostatici e altri.

Principio di Funzionamento:

Il tweeter al plasma è un trasduttore acustico, ma invece di impiegare una

membrana mobile (come i classici altoparlanti) diffonde delle onde di pressione

per mezzo di una scarica elettrica (che essendo formata da ioni è,per

l’appunto, plasma).

Sembra strano, ma è realmente possibile creare delle onde di pressione (e

quindi diffondere il suono) tramite un minuscola scarica elettrica. Per togliere

ogni dubbio basti pensare ai fulmini (come abbiamo già descritto in precedenza

il tuono è il risultato acustico della veloce espansione dell'aria surriscaldata

dalla scarica).Il tweeter ,infatti,funziona perché il plasma è composto da ioni

che hanno una loro massa e una loro densità. Poiché la densità del plasma è

diversa da quella dell'aria fredda che circonda la scarica, se riusciamo a

modulare le dimensioni della scarica, otteniamo anche lo spostamento del

fronte di confine fra aria fredda e plasma. In virtù della differenza di densità, lo

spostamento del confine aria-plasma provoca uno spostamento della stessa

aria e, di conseguenza, si originano le onde di pressione responsabili della

diffusione del suono.

Uno dei pregi del Tweeter al Plasma è che la scarica viene modulata in tutte le

direzioni in maniera più o meno uniforme, allo stesso modo le onde di

pressione prodotte si espandono nello spazio in tutte le direzioni. In altre

parole l'emissione è omnidirezionale. Questo forse è il principale vantaggio del