Calcolo impedenza

Se provate a cercare il termine impedenza su un dizionario probabilmente troverete una definizione simile alla seguente:

in un circuito elettrico con resistenza ohmica R, induttanza L e capacità C in serie, percorso da corrente alternata sinusoidale, la legge di Ohm generalizzata esprime la f.e.m (forza elettro motrice) massima E agente nel circuito sotto la forma:

E=ZI
dove I è l'intensità massima di corrente e Z è l'impedenza.

Tralascio la formula dell'impedenza, anche perchè non sono così incosciente e non voglio che cambiate pagina prima di aver letto quello che veramente ci interessa sapere.
Tuttavia, la forza elettro motrice introdotta con la relazione sopra esposta ci suggerisce che, in un circuito, tale grandezza aumenta con l'aumentare dell'impedenza Z. Il problema è che la f.e.m spesso si oppone alla causa che l'ha generata. Nel caso di un sistema audio l'amplificatore è la causa, I della formula; l'altoparlante e Z. Come già detto in altre occasioni, la Z dell'altoparlante non è per nulla costante, essa varia in funzione della frequenza e a seconda delle escursioni della bobina mobile nel traferro. Tutto ciò si traduce in componenti reattive e induttive in continua variazione quando, invece, l'amplificatore vorrebbe "vedere" l'altoparlante come una pura e semplice resistenza di valore costante.

Se quanto sopra vi ha incasinato le idee piuttosto che chiarirle non è importante perchè quello che seguirà potrà essere compreso ugualmente.

Impedenza risultante nei collegamenti a ponte in mono. 

E' pratica comune collegare il subwoofer all'amplificatore in modo bridge (ponte), questo perchè spesso è usato un altoparlante mono bobina. Il modo bridge, permette di unificare i segnali destro e sinistro e inviarli al sub. Quando disponiamo di un sub con due altoparlanti non c'è alcuna ragione perchè si debba usare il collegamento bridge: molto meglio è usare il modo stereo collegando ogni altoparlante ad un singolo canale. In entrambi i casi l'impedenza di carico sarà 4 ohm che è un valore ideale per ottenere la massima resa di potenza e una buona dinamica. I produttori di amplificatori spesso forniscono i dati di potenza per valori di carico di 4, 2, 1 ohm. Questi dati non presuppongono che si debba sfruttare al massimo delle possibilità l'amplificatore, piuttosto sono da interpretare come parametri entro i quali l'amplificatore continua a svolgere il proprio compito senza problemi. Ad esempio, nel caso di un sub da 4 ohm collegato in bridge, nella fase di funzionamento per l'effetto dell'escursione della bobina mobile l'impedenza non sarà sempre 4 ohm ma ci saranno dei momenti in cui il valore potrà scendere fino a valori molto bassi.
Poiché esistono delle eccezioni vi fornisco le formule per poter calcolare l'impedenza risultante nel caso di collegamenti in serie o in parallelo di due o più altoparlanti.   

Nel parallelo di due altoparlanti distinguiamo due casi: 

1. entrambi gli altoparlanti hanno impedenza nominale identica. Il valore risultante sarà esattamente metà dell'impedenza di uno dei due altoparlanti. Ad es. due woofer di 4 ohm in parallelo daranno un carico di 2 ohm.
2. Nel caso di due altoparlanti con impedenze diverse ad esempio 4 e 8 ohm, l'impedenza risultante sarà data dal prodotto delle singole impedenze diviso la loro somma,
   
        8 x 4
   Z=--------= 2,6 ohm
        8 + 4

NB: nel parallelo di più di due altoparlanti la formula semplificata sopra esposta NON vale. Usiamo invece la seguente:

                   1
Z=    ---------------------
            1      1       1
          ----   ----   ----
           Z1    Z2    Z3

Esempio, abbiamo tre altoparlanti con impedenze 4, 6 e 8 ohm

   1:4= 0,25
   1:6= 0,166
   1:8= 0,125

sommiamo 0,25+0,166+0,125= 0,541

adesso possiamo dividere 1:0,541= 1,848 ohm (impedenza risultante)

Nei collegamenti in serie il calcolo dell'impedenza totale è semplicissimo, è sufficiente sommare le singole impedenze.

Z= 4+4= 8 ohm
Z= 4+8=12 ohm

 

Esiste anche l'eventualità di dover configurare sistemi in cui si debba fare dei collegamenti complessi. La figura accanto rappresenta un misto molto semplice di due altoparlanti collegati in parallelo fra di loro che poi - come un unico altoparlante- vanno a chiudere il circuito con il collegamento in serie ad un terzo altoparlante. Per il calcolo dell'impedenza totale si possono utilizzare le formule sopra date. Supponiamo che i due woofer in parallelo abbiano impedenze diverse 4 e 8 ohm ed il terzo woofer abbia impedenza 4 ohm. L'impedenza totale sarà data dalla somma del risultato ottenuto dal parallelo più il valore del terzo woofer: 2,6+4= 6,6 ohm.

Una domanda frequente riguarda il valore d'impedenza che risulta dal collegamento di due o più altoparlanti ad un crossover passivo. 

I non addetti ai lavori spesso pensano che, collegando tw, medi e woofer ad un crossover pilotato da un amplificatore, il valore d'impedenza debba scendere al di sotto dei 4 ohm. Da un punto di vista teorico è vero il contrario, cioè l'impedenza resta 4 ohm, infatti, il compito del crossover e dividere il carico in tre bande ognuna delle quali raggiungerà un singolo altoparlante. Il carico "visto" dall'amplificatore non sarà l'impedenza risultante dai valori dei singoli altoparlanti ma il valore dato ai capi del circuito d'ingresso del crossover. 

Esiste un'eccezione che si  ha quando si collega un doppio driver ad un singolo ramo del crossover. Un caso tipico è rappresentato dal collegamento di due woofer alla via bassa del crossover. In questa eventualità l'impedenza non sarà costante per tutto lo spettro audio, risultando per la gamma bassa circa 2 ohm e per la restante parte 4 ohm. Questo fenomeno rappresenta una buona opportunità di risolvere il problema della resa in gamma bassa che in auto è particolarmente ostacolata da vari fattori. Di fatto, oltre ad avere una superficie radiante maggiore, l'uso del doppio woofer permette di convogliare una maggiore quantità di potenza alla gamma bassa proprio perchè l'impedenza sarà 2 ohm.

Arrivederci al prossimo aggiornamento.