Equilibrio degli smorzamenti nella testina MC

 

 

Lo smorzamento complessivo (damping) dell’equipaggio mobile di una testina Moving Coil è il risultato dell’interazione tra contributi di natura meccanica ed elettromagnetica.  Capire dove nascono questi smorzamenti, e quali  di essi possono essere variati dall'utente nella fase di ottimizzazione, sono oro colato per raggiungere la massima prestazione musicale  dal proprio sistema di lettura analogico. Vediamoli nel dettaglio, dando loro un nome univoco al fine di avere bene chiaro in mente come nascono ed agiscono.

Il damping meccanico

Il contributo meccanico dello smorzamento è determinato in misura predominante dal sistema elastomerico della sospensione. Il suo comportamento viscoelastico dissipa parte dell’energia cinetica dell’equipaggio mobile, controllandone escursioni e risonanze e quindi il fattore di merito Q. Esso è influenzato dalla temperatura, e dalla frequenza del segnale modulato. Su di esso l'audiofilo non puo' agire. Interventi sulla sua modifica sono appannaggio solo di personale estremamente specializzato che puo' intervenire o sul precarico dell'elastomero o alla sua sostituzione con gomme con durezza Shore differente. Ma questi interventi sono rari e solitamente è bene lasciare questo damper cosi come la casa costruttrice lo ha pensato.

Possiamo anche capire che lo smorzamento meccanico dato dal damper ha una deriva nel tempo causa il suo invecchiamento. Dopo molti anni di uso della testina, puo' certamente essere buona prassi sostituire il damper per ripristinare le condizioni di smorzamento originali. 

A rigor di correttezza, esistono altre voci che, in misura molto minore,  vanno ad incidere sul "contributo meccanico" dello smorzamento :

 

– attriti interni nel cantilever (specie se multilayer o cavo)
– perdite nei punti di incollaggio
– micro-flessioni del supporto bobine
– accoppiamento con il corpo testina
– perdite aerodinamiche (minuscole ma non zero)

Tutto questo contribuisce al cosiddetto mechanical loss factor del sistema.

Il damping elettromagnetico 

Lo smorzamento dell'equipaggio mobile della testina non avviene solo dalla componente meccanica appena vista, ma esiste  un importante contributo di natura elettromagnetica, a sua volta suddivisibile in due componenti distinte:

Damping elettromagnetico intrinseco: cosi nominato perchè ha sede nel generatore della testina ( bobine mobili immerse nel campo magnetico ) ed è funzione della configurazione geometrica del circuito magnetico, ai materiali impiegati nel magnete e nel supporto delle bobine mobili. Dipende inoltre dalle perdite magnetiche interne (isteresi, correnti parassite, concentrazione del flusso). Essa costituisce una forma di smorzamento passivo strutturale, indipendente dal carico elettrico esterno. Ovviamente , esso non è modificabile in alcun modo, poichè insito nella geometria di progetto e dei materiali del circuito magnetico e del generatore elettrico della testina.

Damping elettromagnetico esterno: Esso è generato esternamente al circuito magnetico del fonorivelatore. Si instaura ogni qual volta che, collegando la testina ad un utilizzatore ( sia esso un SUT collegato a un phono MM o anche un fono MC) essa eroga corrente sul carico. Senza chiusura della testina su un circuito esterno dissipativo, la corrente indotta risulterebbe nulla oestremamente ridotta, e verrebbe quindi meno la conversione di energia meccanica in energia elettrica dissipata responsabile dello smorzamento elettromagnetico esterno. Rimarrebbe solo il damping elettomagnetico intrinseco.

Vediamo bene come nasce il damping elettromagnetico esterno: il cantilever che si muove nel solco del vinile, mette in moto l'equipaggio mobile, le cui bobine, immerse nel campo magnetico permanente, generano una tensione alternata (segnale musicale) proporzionale alla velocità di moto delle bobine nel campo magnetico. Tale tensione, trovando un circuito chiuso a valle, determina la circolazione di una corrente elettrica alternata  nelle spire della bobina mobile.

Questa corrente, per la legge di Faraday-Neumann-Lenz, genera a sua volta un campo magnetico proprio che si oppone alla variazione di flusso che la ha generata. Questo campo sviluppa una forza elettrodinamica di verso contrario al moto della bobina mobile all'interno del traferro magnetico. Schematicamente:

–  moto del cantilever → muove le bobine nel campo.
– Varia il flusso concatenato con le spire.
– Nasce una tensione indotta → segnale utile musicale
– Poichè il circuito è chiuso su un carico → scorre corrente sulle bobine del fonorivelatore.
– Questa corrente genera un campo magnetico opposto.
– Quel campo produce una forza che frena il moto → Damping elettromeccanico

 

Si realizza quindi una forza frenante proporzionale all’energia elettrica trasferita al carico. Parte dell’energia meccanica impressa dallo stilo non viene più convertita unicamente in tensione utile, ma viene dissipata nel circuito esterno sotto forma di calore, attraverso la corrente circolante. È proprio questa conversione energetica, mediata dalla contro-forza di Lenz, a costituire lo smorzamento elettromagnetico esterno.

In altre parole, la bobina mobile non si muove più in condizioni di generatore a vuoto, ma “lavora contro” un circuito che reagisce al suo moto, restituendo una forza di segno opposto che ne controlla l’escursione e la velocità.

Questo smorzamento esterno può manifestarsi secondo due modalità distinte, in funzione di dove viene chiuso il circuito dissipativo rispetto al generatore mobile:

• La prima è il damping elettromagnetico esterno riflesso. In questo caso il carico elettrico non è applicato direttamente alle bobine della testina, ma è posto a valle di un trasformatore di step-up ( in altre parole il carico è l'impedenza di ingresso del pre phono MM). La corrente generata nel primario viene trasferita al secondario, dove attraversa l’impedenza di carico del prefono. L’effetto frenante che ne deriva torna al primario per via elettromagnetica, mediato dal comportamento del trasformatore e dal rapporto di trasformazione. Il circuito dissipativo è quindi esterno sia al generatore sia al primario, e l’azione di smorzamento è il risultato di una riflessione d’impedenza.

• La seconda è il damping elettromagnetico esterno diretto. In questa configurazione il carico viene applicato elettricamente in parallelo al primario del trasformatore, oppure direttamente ai terminali della testina. La corrente generata dalle bobine circola quindi in un circuito dissipativo posto localmente ai capi del generatore. L'energia elettrica prodotta viene convertita in calore nel carico senza che la via dissipativa principale sia mediata dalla riflessione d'impedenza del secondario. Il trasformatore continua naturalmente a partecipare al sistema come elemento elettromagnetico accoppiato, ma non costituisce il tramite attraverso cui si realizza la dissipazione energetica dominante responsabile dello smorzamento.

   

In entrambe le condizioni il principio fisico resta identico — conversione elettromeccanica regolata dalla legge di Lenz — ma cambia la modalità con cui il circuito esterno si presenta al generatore: filtrata e trasformata nel caso riflesso, immediata e non mediata nel caso diretto. 

Balza subito alla luce come il damping elettromagnetico esterno sia di entità regolabile e quindi costituisce una potentissima leva di ottimizzazione: più diminuisce l'impedenza equivalente vista dalla testina ( indipendendemente se agiamo con un carico al primario o riflesso tramite il secondario) tanto più aumenta la corrente circolante nelle bobine, tanto piu' cresce la forza elettrodinamica di verso opposto al moto e dunque il damping. 

Inoltre l’entità e la qualità dello smorzamento elettromagnetico esterno non dipendono unicamente dal valore resistivo applicato, ma anche dalla topologia con cui tale carico viene interfacciato alla testina e dagli elementi reattivi interposti lungo il percorso energetico.

schema riassuntivo di tutti gli smorzamentiagenti sull'equipaggio mobile di una testina MC

 

Riassumendo

L’equilibrio tra smorzamento meccanico e smorzamento elettromagnetico totale (intrinseco + esterno) determina la capacità di tracciamento, la risposta ai transienti e la stabilità dinamica del fonorivelatore. Poichè non possiamo intervenire sul damping meccanico ( a meno di non modificare l'elastomero o il suo precarico) la via dell'ottimizzazione passa sul controllo del damping elettromeccanico, ed in particolare sulla sua componente esterna, essendo quella interna non modificabile poichè conseguenza delle scelte costruttive dell'equipaggio mobile.

L'entità del damping elettromagnetico esterno, cresce al crescere della corrente circolante nelle bobine, cioè tanto più carichiamo la testina. Ecco dunque che imponendo carichi piu' o meno severi, abbiamo una "manopola" per controllare la quota totale di smorzamento, agendo sulla parte elettromeccanica esterna. Anche il modo in cui applichiamo questo smorzamento è molto importante, perche nel modo riflesso, il damping è mediato dal trasformatore, mentre nel modo diretto, esso è applicato direttamente ai capi delle bobine mobili, senza mediazione trasformativa dominante. Gli effetti sonici, causa differenza tra mondo ideale e reale, non sono gli stessi. 

Concludo con due osservazioni importanti su cui riflettere:

1. Configurazioni differenti del generatore elettrico delle testine modificano la quota di smorzamento elettromagnetico intrinseco, rendendo più o meno determinante il contributo dello smorzamento eletromagnetico esterno legato al carico.
2. Il rendimento elettrico e sonico  di una testina non può essere valutato unicamente in base ai materiali impiegati o alla geometria dello stilo, ma deve essere considerato come un sistema energetico integrato, dove circuito magnetico, equipaggio mobile e interfaccia elettrica ( SUT piu pre phono) lavorano in stretta interdipendenza.