IMPEDENZA

La definizione "IMPEDENZA", molti spesso la confondono con la resistenza nel senso stretto della parola, senza sapere la reale differenza che esiste fra i due termini.
La resistenza al passaggio di correnti continue può essere realizzata in un solo modo, e questo è il compito dei componenti noti come resistenze, che assorbono una certa quantità di potenza che viene ceduta all'ambiente sotto forma di calore.
Nel caso delle correnti alternate si possono impiegare oltre alle resistenze, altri tipi di "ostacolo" noti con il nome di reattanze che, a differenza delle prime, hanno la particolarità di non dissipare potenza; ciò significa che non alterano la potenza elettrica che circola in esse.
L' impedenza, pertanto, è il risultato tra: resistenza e  reattanze e si misura in Ohm.
Esistono due tipi di reattanze: la reattanza induttiva e la reattanza capacitiva.
La prima è l'opposizione che una bobina offre alla circolazione di una corrente alternata e il suo valore dipende dalla frequenza della corrente e da un altro fattore che si chiama induttanza che dipende a sua volta dal numero di spire della bobina e dal materiale impiegato per il nucleo. Il suo valore si calcola con la seguente formula:

Reattanza induttiva

Xi = 2πƒL

dove

π = 3,1416
ƒ = frequenza
L = induttanza

La reattanza capacitiva è l'opposizione offerta da un condensatore al passaggio di corrente alternata e si calcola nel seguente modo:

Reattanza capacitiva

Xc = 1/2πƒC

dove

π = 3,1416
ƒ = frequenza
C = capacità

Si può notare che mentre la reattanza induttiva aumenta con la frequenza, la reattanza capacitiva diminuisce. Questo comporta che le bobine presentano una forte opposizione alle alte frequenze mentre i condensatori alle basse frequenze. Entrambi gli elementi possono essere combinati per controllare determinate bande di frequenze ed è proprio quello che accade nei filtri o cross-over.

Impedenza

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.

E' quindi chiaro che quando la reattanza induttiva e uguale alla reattanza capacitiva, l'impedenza sarà solo resistiva ed è quello che avviene nei circuiti cosiddetti risonanti.

Alla luce di quanto detto se colleghiamo ai capi di un altoparlante un semplice Ohmetro (strumento che serve per misurare le resistenze), questo non ci darà mai il valore dell'impedenza dell'altoparlante (che è poi il valore che è stampato dietro l'altoparlante stesso 8Ohm, 4Ohm ecc.) ma ci darà il valore della resistenza della bobina dell'altoparlante e potremo solo sapere se questa è interrotta (nel caso di lettura infinita) o se ancora funzionante.
Quindi, in conclusione, l'impedenza dell' altoparlante sarà data dalla resistenza della bobina al quadrato più la reattanza della bobina al quadrato. Facendo poi la radice quadrata si otterrà il valore dell' impedenza.
La reattanza capacitiva in questo caso non è stata presa in considerazione in quanto trattandosi di una bobina essa sarà uguale a zero.

Come si può vedere, la misura di un'impedenza e' una cosa un po' più sofisticata che misurare una semplice resistenza.
Nella seconda parte tratteremo tutte le problematiche inerenti l'interazione casse-amplificatori, per un corretto funzionamento.
 

Dopo aver parlato dell'impedenza, può risultare utile capire cosa accade quando ad un finale si vogliono collegare delle casse supplementari.
Va premesso che in elettronica le grandezze fondamentali quali tensione (V), corrente (I) e resistenza (R), sono collegate tra di loro dalla legge di OHM che ci dice che in un circuito elettrico la corrente che circola in esso è data dal rapporto della tensione applicata diviso per la resistenza, come meglio spiegato in figura 1:

Figura 1

Come si può vedere dalla figura, se la resistenza diminuisce, la corrente aumenta e viceversa se la resistenza aumenta la corrente diminuisce.
Quindi se la resistenza si dimezza, la corrente raddoppia e se la resistenza si raddoppia la corrente si dimezza.
Anche la potenza (P) è collegata alle altre grandezze e si calcola nel seguente modo:

P=V•I

o anche, dato che la tensione V=R•I: P=R•I²

Nel caso degli amplificatori finali di potenza possiamo tranquillamente usare le formule sopra riportate sostituendo al posto del valore di resistenza R il valore dell'impedenza Z dell'altoparlante, e avremo quindi:

I=V/Z   P=V•I   oppure   P=Z•I²

Se abbiamo un finale da 100W R.M.S. e lo colleghiamo ad una cassa da 8 OHM, nell'altoparlante fluirà una corrente di 3,53 ampere, mentre se colleghiamo ad esso un altoparlante da 4 OHM , poiché abbiamo dimezzato l'impedenza, la corrente raddoppierà (vedi formule e figura 2) poiché la tensione di alimentazione del finale sarà sempre la stessa.

Figura 2   

 

               P=Zx12

                   I=P/Z

 

Di solito, ed è bene specificare, un finale è costruito e progettato per erogare la sua potenza su un determinato carico ( che è l'impedenza dell'altoparlante a cui è collegato) cioè si dice che il finale tira fuori la sua potenza su un carico di 8 OHM, di 4 OHM, di 16 OHM ecc.
Ci sono anche finali che sono progettati e possono funzionare su diversi carichi, possono sia funzionare su 8 OHM che su 4 OHM o altre impedenze.
Tutto questo è fatto apposta per limitare la corrente che circola nei finali entro valori tollerati dagli stessi.
I modi di collegare gli altoparlanti tra di loro sono sostanzialmente due (come anche per le resistenze) e sono:

  • In serie
  • In parallelo

C'è anche il metodo serie-parallelo, che è un misto tra gli altri due ma che per ora non ci interessa e che sarà facile comprendere una volta capiti gli altri due.
 

Altoparlanti in serie

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

 

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

 

Altoparlanti in parallelo

Nel parallelo di due altoparlanti distinguiamo due casi: 

  1. entrambi gli altoparlanti hanno impedenza nominale identica. Il valore risultante sarà esattamentealtoparlanti in parallelo 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)

 

Esiste anche l'eventualità di dover configurare sistemi in cui si debba fare dei collegamenti complessi.

La figura accantoaltoparlanti serie-parallelo 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.