L’Amplificatore Audio:
la Potenza, la Corrente, il clipping, il Fattore di Smorzamento
di Mario
Bon
3 gennaio
2013 – corretto e ampliato 26 gennaio 2013 – ultim revisione 14 aprile 2016
Paragrafi di questo capitolo:
Potenza continua, RMS, di picco, istantanea e potenza
musicale
Potenza e programma musicale
Potenza dell’amplificatore a valvole e a stato solido.
Tipi e classi di amplificatori
Retroazione
Il clipping
L’alimentazione
Amplificatori e Protezioni
Caratteristiche
che intervengono sulla qualità della riproduzione
Come scegliere l’amplificatore
Come scegliere l’amplificatore : Diffusori “difficili” e
Amplificatori “correntosi”
Amplificatori Unison Research
I cavi
I
diffusori Opera
Sinergie
L’Upower: moltiplicare la potenza per quattro.
Conclusioni
L’Amplificatore
Audio:
la
Potenza, la Corrente, il clipping, il Fattore di Smorzamento
Nota: il Fattore di Smorzamento in inglese si chiama Damping
Factor.
Si veda anche: Il Fattore di Smorzamento dell’amplificatore
(http://mariobon.com/Articoli_amplificatori/601_Amplificatore_FS.htm).
Qui ne ricordiamo la definizione :
|
Fattore di Smorzamento = FS = 8 / Zout |
Zout = FS / 8 |
Zout è l’impedenza interna dell’amplificatore. Il Fattore di Smorzamento si calcola, per convenzione, rispetto al carico di 8 ohm.
La funzione dell’ amplificatore è aumentare la potenza del segnale in ingresso (stimolo) per pilotare i diffusori acustici (carico).
|
Amplificatore Ideale Vout = K0
Vin |
l’amplificatore
ideale riproduce in forma qualsiasi stimolo indipendentemente dal carico.
L’impedenza di ingresso è infinita, l’impedenza di uscita è nulla, la
risposta in frequenza piatta, infinitamente estesa e a fase minima. Non
produce alcun tipo di distorsione fino ai limiti della saturazione.
L’amplificatore ideale da 100 Watt RMS su 8 ohm produce sul carico una
tensione di picco di 40 Volt. Esso produce 200 Watt RMS su 4 ohm, 400 su 2
ohm, 800 su 1 … corrente infinita su carico nullo. Nell’amplificatore
ideale, nelle effettive condizioni d’uso, la tensione di uscita è
proporzionale allo stimolo indipendentemente dal carico. |
|
Amplificatore reale Vout = K0
Vin + Errore(vin) |
In
generale Vout =
K(vin) Vin = K0 Vin + Errore(vin) Il
segnale Errore(vin) contiene la distorsione non lineare, il rumore, ecc. e,
se è identicamente nullo o non udibile, l’amplificatore si comporta come se
fosse ideale. |
L’amplificatore ideale è una astrazione. Tuttavia è
importante notare che, quando un amplificatore, nelle effettive condizioni
d’uso, altera il segnale in modo non udibile, si comporta praticamente come se
fosse ideale o, in altre parole, in modo indistinguibile da un amplificatore
ideale. Ne segue che tutti gli amplificatori che, nelle effettive condizioni
d’uso, si comportano come ideali sono tra loro indistinguibili. Ne segue ancora
che se due amplificatori “suonano” in modo diverso significa che almeno uno dei
due non è ideale. E’ altrettanto
opportuno convincersi che gli amplificatori “praticamente” ideali esistono e
che tale caratteristica può essere certificata da opportune misure.
Il diffusore acustico (il carico dell’amplificatore) è
caratterizzato da un valore di impedenza nominale (4, 8 e 16 Ohm) che non è
costante con la frequenza e questo complica non poco le cose.
Il punto di partenza è la Legge di Ohm che stabilisce il
rapporto tra tensione e corrente:
|
V = R I |
V = tensione di uscita dell’amplificatore I = corrente erogata dall’amplificatore R = resistenza uguale all’impedenza nominale (4, 8 o 16
ohm) La tensione è la
causa, la corrente è l’effetto. |
|
Dalla Legge di Ohm discende la definizione di resistenza : R
= V / I. La resistenza è quella “cosa” che impedisce alla corrente di crescere indefinitamente quando viene
applicata una tensione. Per questo motivo, in generale, si parla di “impedenza”
proprio perché “impedisce” alla corrente di crescere all’infinito.
La tensione è la causa, la corrente è l’effetto e
l’impedenza regola il rapporto tra causa ed effetto.
La legge di Ohm, nella forma appena vista, vale solo se R è
costante (indipendente dalla frequenza ma anche da tensione e corrente). La
potenza elettrica è data dal prodotto tra tensione e corrente: P =VI
Applicando la Legge di Ohm si ricava che
|
P=V2/R = R I2 = Potenza Continua o RMS (1) |
P = potenza RMS in Watt |
|
V = tensione RMS in Volt |
|
|
R = impedenza nominale del diffusore |
Se V e I sono espresse come valore di picco otterremo la Potenza di picco, se per V e I si usiamo i valori efficaci (detti anche RMS) otterremo la potenza continua.
|
Anche se
non è corretto si usa chiamare la potenza continua “potenza RMS” alludendo al
fatto che è stata calcolata utilizzando i valori RMS di tensione e corrente.
Potenza continua o potenza RMS sono la stessa cosa. |
Se lo stimolo è una sinusoide il valore RMS, tanto per la
corrente che per la tensione, è pari al valore di picco diviso la radice di 2
(valore di picco x 0.707). Ne segue che:
(Potenza RMS) = (Potenza di picco) / 2 come dire che (Potenza picco) = 2 (Potenza RMS)
Utilizziamo queste espressioni per ricavare la tensione e la
corrente presenti all’uscita di un amplificatore da 100 Watt continui quando lo
stimolo è una sinusoide e il carico una pura resistenza. La figura che segue mostra un amplificatore
ideale (Zout=0) , un amplificatore “reale” con Zout diversa da zero e il
circuito equivalente dello stadio di uscita dell’amplificatore “reale” (reale
tra virgolette perché è stata aggiunta solo l’impedenza interna).Quando è
presente Zout la tensione (V’) che
arriva sul carico è il risultato della partizione della tensione V su Rc (il
diffusore) e Zout.
Calcoliamo ora la tensione e corrente di picco prodotte da
un amplificatore “reale” da 100 Watt RMS su 8 ohm al variare del carico. Per
prima cosa la potenza di picco è pari al doppio della potenza continua quindi
per un amplificatore da 100 Watt continui risultano 200 Watt picco. Applichiamo
la (1) e otteniamo i risultati riassunti nelle tabelle che seguono. La prima
tabella si riferisce all’amplificatore ideale con fattore di smorzamento
infinito (Zout=0)
|
Carico R In Ohm |
Potenza
di picco Con
fattore di smorzamento infinito |
Tensione
di picco In Volt
sul carico |
Corrente
di picco In
Ampere nel carico |
|
infinito |
0 |
40 |
0 |
|
8 |
200 |
40 |
5 |
|
4 |
400 (+
200%) |
40 |
10 |
|
2 |
800
(+400%) |
40 |
20 |
Nel compilare la tabella la tensione è stata mantenuta
costante mentre è stato diminuito il carico R. Come si vede per ogni
dimezzamento del carico la corrente e la potenza erogate raddoppiano. Questo è
il comportamento dell’amplificatore ideale caratterizzato da fattore di
smorzamento infinito.
Supponiamo ora che l’amplificatore abbia una impedenza
interna Zout=0.08 ohm che corrisponde ad un fattore di smorzamento pari a 100.
|
Carico R In Ohm |
Potenza
di picco Con
fattore di smorzamento =100 |
Tensione
di picco In Volt
sul carico |
Corrente
di picco In
Ampere nel carico |
|
infinito |
0 |
40 |
0 |
|
8 |
196 |
39.6 |
4.95 |
|
4 |
384.5
(+196%) |
39.21 |
9.8 |
|
2 |
739.6 (+377%) |
38.46 |
16.66 |
Ripetiamo il calcolo per una impedenza interna Zout=0.4 ohm
che corrisponde ad un fattore di smorzamento pari a 20 :
|
Carico R In Ohm |
Potenza
di picco Con
fattore di smorzamento =20 |
Tensione
di picco In Volt
sul carico |
Corrente
di picco In Ampere
nel carico |
|
infinito |
0 |
40 |
0 |
|
8 |
181 |
38.1 |
4.76 |
|
4 |
330
(+182%) |
36.36 |
9.09 |
|
2 |
555 (+306%) |
33.33 |
16.66 |
Come si vede dal confronto delle tre tabelle precedenti basta
tenere conto della impedenza interna dell’amplificatore e la potenza erogata
non raddoppia più al dimezzarsi del carico. Più l’ impedenza interna Zout è
alta (fattore di smorzamento basso) più la potenza a disposizione del diffusore
diminuisce in particolare sui carichi più bassi. Questo vuole anche dire che la parte di potenza che non raggiunge
il carico viene dissipata nell’amplificatore (che si scalda). Alla luce di
queste evidenze dovrebbe essere facile capire perché siano da preferire
amplificatori con fattore di smorzamento alto (almeno superiore a 20).
Nella realtà, al crescere della corrente erogata, la massima
tensione V disponibile in uscita (e quindi la potenza disponibile) è limitata
da altri due fenomeni: la riduzione della tensione di alimentazione
dell’amplificatore (se non è regolata) e l’aumento della caduta di tensione ai
capi dei dispositivi di uscita (Transistor, MOSFET, ecc.). In sostanza la
tensione sul carico si abbassa ancor più di quanto visto nelle tabelle
precedenti e la potenza disponibile si riduce ulteriormente.
C’è un terzo effetto che riguarda gli amplificatori con
controreazione: quando Rc è bassa il guadagno ad anello aperto diminuisce e con
esso diminuisce il margine di guadagno e, di conseguenza, tutte le qualità ad
esso legate peggiorano (distorsione, rumore, fattore di smorzamento, banda
passante, ecc.).
Quanto fin qui detto vale, è bene ripeterlo, con stimoli
sinusoidali e con un carico puramente resistivo.
Nelle effettive condizioni d’uso l’amplificatore deve riprodurre musica su un carico reattivo (il diffusore acustico). Quando le grandezze in gioco dipendono dalla frequenza si deve utilizzare la Legge Generalizzata di Ohm che richiede una certa dimestichezza con i numeri complessi. Tutte le quantità sono definite attarverso funzioni complesse della frequenza.
|
V(jw) = Z(jw) I(jw)
|
V(jw) = tensione dipendente dalla frequenza I(jw) = corrente dipendente dalla frequenza Z(jw) = impedenza dipendente dalla frequenza |
w = pulsazione = 2
p frequenza j = unità immaginaria |
|
Legge
Generalizzata di Ohm da utilizzare quando le grandezze in gioco dipendono dalla
frequenza. Al posto di R appare Z(jw) che è una grandezza complessa. |
||
Per Resistori, Induttanze e Condensatori risulta essere:
|
Z(jw) |
R
resistore in Ohm |
R |
Reale (resistiva) |
|
L
induttanza in Henry |
jwL |
Immaginaria
(reattiva) |
|
|
C
condensatore in Farad |
1/(jwC) |
Immaginaria
(reattiva) |
Comunque, per fare il calcolo come andrebbe fatto, si
dovrebbe conoscere nel dettaglio sia il
programma musicale che l’impedenza del diffusore acustico. Vista la variabilità
dei programmi musicali e a causa del
fatto che ogni diffusore ha impedenza diversa, le possibili combinazioni sono
infinite ed è impossibile fare delle previsioni se non in modo grossolano.
Per capire (in modo semplice) se un amplificatore può
pilotare un certo diffusore è stato
proposto di assumere come valore di impedenza del diffusore il valore minimo
assunto dalla parte reale della sua impedenza.
|
Re{Z} =|Z| cos (f) |
|Z| = modulo dell’impedenza |
|
f = angolo di fase |
Solo la rivista italiana Audio Review (nei test condotti da
GPM) indica esplicitamente questo valore. Molte riviste pubblicano il grafico
dell’impedenza dei diffusori in prova ed in esso si legge il valore del minimo
modulo. Non sempre il minimo del modulo coincide con il minimo della parte
reale dell’impedenza.
Potenza continua, RMS, di picco, istantanea e potenza musicale
L’energia si conserva e, di conseguenza, un amplificatore non può erogare più potenza di quanta non ne renda disponibile la sua alimentazione. In particolare la potenza continua erogata dall’amplificatore dipende dal trasformatore di alimentazione. Come detto potenza continua e potenza RMS sono sinonimi (anche se formalmente non è corretto). La potenza di picco è quella che si calcola con la tensione di picco e la corrente di picco (doppia rispetto alla potenza continua). La potenza impulsiva o istantanea dipende dalla “riserva” di carica accumulata nei condensatori di filtro dell’alimentatore. I condensatori di filtro, a fronte di un picco di tensione di uscita, si scaricano sostenendo la tensione sul carico. Questo meccanismo ha due limitazioni:
- persiste per un tempo limitato
- richiede un certo tempo per la ricarica del condensatore (che dipende dalla capacità dei condensatori: più sono grossi e più tempo ci vuole)
Per sua natura la
misura della potenza istantanea dipende dallo stimolo utilizzato per misurarla:
se lo stimolo dura troppo poco fornisce valori artificiosamente alti (rispetto
alla potenza RMS) se dura troppo a lungo finisce per coincidere con la potenza
RMS. In letteratura si legge che un amplificatore dovrebbe mantenere la potenza
di uscita per 0.7 secondi. Questa valutazione si basa su una analisi statistica
dei segnali musicali e potrà valere per una certa percentuale di programmi
musicali ma non per tutti. In buona sostanza conviene fare affidamento sulla
potenza RMS e prendere la potenza istantanea come una indicazione o poco più.
La potenza musicale
è, in genere, un valore di fantasia che viene riportato per attirare
l’attenzione dell’acquirente. Per esempio per un amplificatore integrato a due
canali da 20 watt continui per canale, la potenza musicale potrebbe essere di
80 Watt (somma della potenza di picco dei due canali) o anche 100 watt o più. Non è un dato affidabile perché non
esiste una definizione e ciascuno dichiara quello che vuole.
Potenza e programma musicale
Nelle effettive condizioni d’uso l’amplificatore deve
amplificare il segnale musicale e pilotare i diffusori acustici. Dividiamo i segnali
musicali in tre categorie in funzione del fattore di cresta (CF) del programma
musicale.
I limiti di queste categorie sono assolutamente indicativi
(basso – medio – alto)
|
CF |
|
Note |
|
Fino a 3 |
Basso |
la registrazione è sovramodulata o limitata o compressa
(bassa qualità)-> suona male
comunque. Il valore RMS del segnale (con un amplificatore da 100 W/8ohm)
arriva a 10 VRMS e un diffusore da 90
dB SPL a un metro produce 100-105 dB.
In questo caso conta solo la potenza continua. Non è comunque il caso
di preoccuparsi troppo perché queste tracce suonano male comunque |
|
3-6 |
Medio |
Zona grigia |
|
Oltre 6 |
Alto |
l’amplificatore deve mantenere la massima potenza per 250
millisecondi circa. In letteratura si dice che l’amplificatore deve mantenere
la massima potenza per 700 millisecondi
che, per CF alti, sono anche troppi. In questo caso la potenza
istantanea viene effettivamente sfruttata |
L’analisi statistica dei segnali musicali ci dice che il CF
non scende sotto a 2 per cui un
amplificatore da 100 Watt RMS deve poter dissipare solo 25 Watt (quando il
carico è resistivo e pari a 8 ohm). Attenzione però perché 25 Watt su 8 ohm
diventano 50 watt su 4 ohm e 100 Watt su 2. Per evitare di sovradimensionare
gli amplificatori sarebbe sufficiente che i diffusori acustici rispettassero le
norme DIN.
|
Carico
minimo Ohm |
V max
Volt |
I max
Ampere |
P RMS in Watt |
P max di picco in Watt |
|
1.6 (*) |
40 |
25 |
500 |
1000 |
|
2 |
40 |
20 |
400 |
800 |
|
3.2 |
40 |
12.5 |
250 |
500 |
|
4 |
40 |
10 |
200 |
400 |
|
8 |
40 |
5 |
100 Watt RMS |
200 |
(*) Il valore 1.6 ohm deriva dal minimo consentito dalla norma
(3.2 ohm) con uno sfasamento di 60° che è la peggior situazione possibile.
Potenza dell’amplificatore a valvole e a stato solido.
Cominciamo analizzando alcune tracce estratte da CD Audio.
La qualità delle registrazioni va da “eccellente” a “pessima” passando per tutti gli stadi intermedi. Le tracce
peggiori sono quelle sovramodulate (come la prima della serie che segue).
Nell’osservare le figure che seguono si consideri che 44100 campioni
rappresentano un secondo di musica,
22050 campioni mezzo secondo, 11025 campioni 250 milli secondi e così
via.
Nota: La diagonale rossa che attraversa la figura di
Lissajouss coincide con la somma dei canali destro e sinistro (canale
centrale). La perpendicolare a questa diagonale rossa (non disegnata) coincide
con la differenza dei canali (dx-sx). La differenza dei canali è associata alle
informazioni spaziali. Ne segue che una macchia rotondeggiante indica una potenziale maggiore spazialità (un
maggiore contenuto di riverberazione). Questa traccia è adatta per un ascolto
critico di un impianto HiFi.
|
|
Questa traccia è sovramodulata (la figura di Lissaious è
chiaramente troncata) e non deve essere considerata HiFi. Il fattore di cresta è minore di 4 (molto basso). Si noti
l’elevato numero di campioni che superano la soglia dell’50% della massima
modulazione relativa. L’unico pregio di questa traccia è che suona
“forte”. Va bene per l’ iPod e le cuffiette. |
|
|
Questa
traccia è migliore della precedente (è tutta contenuta all’interno dei limiti
in rosso) ma ancora caratterizzata da fattore di cresta basso e molti
campioni cadono ancora oltre l’50% della massima modulazione relativa: non è
sovramodulata ma è compressa. Nel realizzare questa traccia la compressione è
stata usata con più giudizio. |
|
|
|
Qui cominciamo a ragionare e la figura di Lissaiuoss si
vede nella sua completezza, ben arrotondata e lontana dei limiti. Il fattore di cresta è compreso tra 8 e 10 (già buono). Ci sono
meno di 18000 campioni oltre
il 50% della massima modulazione (mezzo secondo su 5 minuti). Se l’amplificatore esegue una compressione (e quello a
valvole lo fa) il risultato è che la potenza dell’amplificatore viene
concentrata sul 50% dell’ampiezza del segnale e produce un livello SPL di 6
dB superiore come se l’amplificatore fosse quattro volte più potente (ogni
raddoppio di potenza porta 3 dB in più di livello SPL). Naturalmente i picchi
di segnale non vengono riprodotti ma non ce ne accorgiamo. Più sono brevi e più la “distorsione di
forma” sui picchi è tollerata. |
|
|
Questa
traccia presenta un fattore di cresta superiore a 14 e, oltre il 50% della massima
modulazione relativa, troviamo meno di 8000 campioni (meno di 200 milli
secondi). Più il fattore di cresta è alto e più i picchi sono isolati e di
breve durata. |
Ma che differenza c’è tra riprodurre una traccia già compressa
o comprimere una traccia durante la riproduzione (per es. con un ampli a
valvole)?
A parte la differenza tra limitazione (simile al clipping
“duro”) e compressione (più simile al clipping “morbido”) la compressione che
subiscono le tracce audio che troviamo nei CD è maggiore di quella che esegue
l’amplificatore a valvole. Una traccia con fattore di cresta 3 non possiede le
caratteristiche richieste per l’HiFi, una traccia con FC pari a 10, riprodotta
con un buon amplificatore a valvole, si (o le conserva per la maggior parte).
|
Prendiamo una…. |
La riproduciamo con ….. |
Da… |
Ascoltiamo…. |
Il fattore di cresta si riduce a ….. |
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Traccia compressa con FC=3 |
Ampli a valvole |
25 Watt |
Due compressioni (*) |
Meno di 3 (peggiora) |
|
Traccia compressa con FC=3 |
Ampli stato solido |
100 Watt |
Una compressione |
3 (resta uguale) |
|
Traccia non compressa con FC=10 |
Ampli a valvole |
25 Watt |
Una compressione |
FC=5 (clipping “morbido”) |
|
Traccia non compressa con FC=10 |
Ampli a stato solido |
100 Watt |
Nessuna compressione |
FC=10 (clipping “duro”) |
(*) quella presente nel programma musicale + quella dovuta
all’amplificatore)
Il diverso comportamento dell’ampli a valvole rispetto allo stato
solido sta nella gestione del clipping. Oltre al clipping c’è il contributo
della controreazione: quando un
amplificatore controreazionato clippa (satura) viene riportato in ingresso un
segnale di correzione molto forte che satura a sua volta l’ingresso prolungando
lo stato di saturazione (distorsione di intermodulazione dinamica). Oltre a ciò
possono entrare in azione le protezioni a provocare ulteriori danni. Quindi,
per semplificare, un amplificatore a valvole oltre a saturare in modo “morbido”
lo fa solo per la durata del picco di segnale mentre l’ampli a stato solido
“prolunga” questo stato per varie ragioni (non tutti e non tutti allo stesso
modo).
|
Fatti
tutti i possibili distinguo, un amplificatore a valvole appare anche quattro
volte più potente di quanto non sia a patto che il fattore di cresta del
programma musicale sia sufficientemente alto. |
Ci sono poi altri fattori di origine fisiologica come la
distorsione aurale. L’orecchio produce una certa quantità di distorsione che
aumenta quando il suono è più forte. Il cervello associa la distorsione
dell’orecchio, che ha imparato a riconoscere, ad un elevato livello sonoro (e
questo è un effetto psicoacustico). L’amplificatore a valvole riproduce
fedelmente i piccoli segnali e produce un tasso di distorsione crescente man
mano che il segnale aumenta in ampiezza. Questa caratteristica “imbroglia”
l’apparato uditivo che associa la maggiore distorsione alla sensazione di un
livello SPL più alto. L’amplificatore allo stato solido retroazionato invece
mantiene la distorsione bassa fino al limite del clipping quindi la distorsione
aumenta di colpo (e dura spesso più del dovuto). L’apparato uditivo (in misura
soggettiva) preferisce l’amplificatore a valvole.
Naturalmente non tutti gli amplificatori a stato solido sono
fatti allo stesso modo: esistono ottimi amplificatori allo stato solido, anche
in classe A, e con bassi tassi di retroazione. E non è nemmeno vero che tutti
gli ampli a valvole siano meravigliosi
o esenti da difetti (specie se il fattore di smorzamento è troppo alto). Poi
esistono gli amplificatori ibridi che usano sia valvole che stato solido.
Quindi non c’è una verità assoluta ma un insieme di apparecchiature con
soluzioni (e risultati) diversi.
Dall’ultima tabella si vede che un amplificatore dovrebbe possedere
contemporaneamente caratteristiche tipiche dei dispositivi retroazionati e non
retroazionati. Nessuno dei parametri descritti può garantire da solo un buon
risultato. La soluzione migliore appare essere un amplificatore con un modesto
tasso di retroazione (l’esperienza dice non superiore a 15 dB)
Per ottimizzare la riproduzione di dovrebbe abbinare:
|
un. |
con… |
|
amplificatore a valvole di potenza X |
un diffusore di impedenza alta oppue bassa ma quasi
costante. |
|
amplificatore allo stato solido di potenza 4X (con Il tasso di retroazione limitato a 15-16 dB) |
un qualsiasi diffusore a norma anche se qualsiasi
amplificatore preferisce un carico resistivo |
Tipi e classi di amplificatori
|
|
Struttura essenziale di un amplificatore allo stato solido. Si distinguono tre stadi: lo stadio di ingresso differenziale con specchio di corrente, lo stadio di guadagno in tensione (con la compensazione a polo dominante), e lo stadio di guadagno in corrente (classe B in push-pull). Questo amplificatore è solo un esempio anche abbastanza grezzo (anche come prestazioni) di tipologia per un amplificatore. |
Una prima classificazione va fatta in base ai dispositivi utilizzati:
Valvole o Stato Solido, con o senza trasformatore di uscita. Non tutti gli
amplificatori a valvole hanno un trasformatore di uscita (gli OTL ne sono
privi) e non tutti gli amplificatori a stato solido sono privi di trasformatore
di uscita. Esistono anche amplificatori ibridi che utilizzano sia valvole che
componenti allo stato solido (transistor, MOSFET, ecc.)
Si veda anche il paragrafo: “Potenza dell’amplificatore a valvole e a stato solido”
Le valvole sono dispositivi limitati in corrente. Ne segue
che negli amplificatori a valvole la massima corrente disponibile è limitata.
Per questo motivo viene utilizzato il trasformatore di uscita che adatta
l’uscita dell’amplificatore al carico in modo da mantenere costante la potenza
erogata. Il trasformatore di uscita, di norma, prevede la possibilità di
collegare carichi da 4 e 8 ohm (a volte anche di 2 ohm).
In pratica un amplificatore con trasformatore di uscita eroga la stessa potenza su 8, 4 e 2 ohm (quando previsto). In pratica su 4 ohm la tensione disponibile sul carico viene dimezzata mentre la corrente erogabile raddoppia. Anche per l’amplificatore a valvole, per favorirne il funzionamento, il carico dovrebbe essere una resistenza pura.
Di norma gli amplificatori a valvole presentano fattori di
smorzamento bassi (meno di 30 ma anche meno di 10). Alcuni aspetti
dell’amplificatore a valvole, per esempio il limitato tasso di retroazione, lo
possono far preferire rispetto ad uno stato solido, anche se il basso fattore
di smorzamento induce delle variazioni sensibili nella risposta in frequenza
complessiva del sistema amplificatore+cavi+diffusori.
Un’altra importante classificazione è la seguente
|
amplificatori accoppiati in continua |
non ci sono condensatori o trasformatori in serie al
segnale, la banda passante si estende alla corrente continua (0 Hz) |
|
amplificatori accoppiati in alternata |
ci sono condensatori o trasformatori in serie al segnale,
la banda passante scende di norma sotto i 20 Hz. |
Data che i condensatori possono degradare il suono, se non ci sono è meglio.
E veniamo alle classi di funzionamento: la classe riguarda sostanzialmente la polarizzazione dei dispositivi di uscita.
|
Amplificatore in Classe B |
Si tratta di un amplificatore con stadio di uscita in
push-pull polarizzato in modo che per segnali di ampiezza prossima a zero
l’uscita è nulla. Questo tipo di amplificatore non viene
utilizzato in HiFi. Perché soffrono di distorsione di cross-over (distorsione
di passaggio per lo zero, distorsione di incrocio) |
|
Amplificatore in Classe A |
Nella classe A i dispositivi di uscita sono attraversati
da tutta la corrente disponibile anche quando lo stimolo è nullo. La
distorsione di incrocio è inesistente. L’efficienza massima teorica è pari al
50%. |
|
Amplificatore in Classe AB |
La classe AB per
piccoli segnali funziona in classe A e per grandi segnali funziona in classe
B. E’ più efficiente di una classe A pura ma richiede controreazione per
linearizzare la caratteristica di trasferimento. La impedenza di uscita è più
bassa in classe A e aumenta quando passa in classe B. Il passaggio dalla
classe A alla classe B comporta lo spegnimento di una parte dei dispositivi
di uscita. |
|
Amplificatore in Classe A Dinamica |
La classe A
Dinamica è una variante della classe AB dove, con opportuni accorgimenti,
viene evitata l’interdizione dei dispositivi di uscita mantenendoli sempre
nella regione di funzionamento lineare. |
|
Amplificatore in Classe D |
Si tratta
di dispositivi a commutazione caratterizzati da elevata efficienza. Alcuni
sono di buona qualità e possono essere impiegati anche per l’HiFi (per esempio i moduli IcePower ma con
alimentazione regolata e trasformatori di segnale all’ingresso). Quasi tutti gli amplificatori in classe D presentano una
forte dipendenza della risposta in frequenza rispetto alla variazione dell’impedenza del carico (con variazione di parecchi dB già a
partire da 2kHz). L’impiego dell’amplificatore digitale costringe ad una
ulteriore conversione A/D e D/A. |
|
Amplificatore in Classe G |
La tensione di alimentazione aumenta all’aumentare
dell’ampiezza della tensione di uscita |
Altri tipi di amplificatori sono:
|
Amplificatore Operazionale OP Amp: Operational Amplifier = Amplificatore Operazionale |
Si tratta
di un amplificatore differenziale integrato in un chip. Concepito per
svolgere una grande varietà di funzioni dall’amplificazione al filtraggio al
condizionamento del segnale. Il più famoso è il uA741. Esistono ottimi OP che
vengono impiegati con successo in moltissime apparecchiature HiFi. |
|
Amplificatore a ponte |
l’amplificatore
a ponte è formato da due amplificatori (uno invertente e uno non invertente).
I vantaggi dell’amplificazione a ponte sono due: la
drastica riduzione della distorsione di ordine pari e la possibilità di far
lavorare i dispositivi di uscita a tensione più bassa (il ponte raddoppia la
tensione sul carico). In tal modo
migliora la capacità di erogazione sui carichi reattivi. . Unico
DM normale e a ponte si noti la scomparsa della distorsione di ordine pari (verde) |
Quale tipo di amplificatore è tecnicamente migliore? L’amplificatore migliore è costituito da una coppia di amplificatori in classe A dinamica, accoppiati in continua e collegati a ponte.
Quale tipo di amplificatore suona meglio? Sicuramente l’amplificatore
ideale ma non si devono sottovalutare i gusti personali. Molti preferiscono il
suono degli amplificatori a valvole anche se (tecnicamente) presentano
prestazioni peggiori (per esempio più distorsione). Quello che rende gradevole
il suono degli amplificatori a valvole non è la prevalenza di distorsione di
ordine pari ma il fatto che la distorsione cresce gradualmente con l’ampiezza
del segnale. Un altro motivo è che i difetti tipici degli amplificatori a
valvole sono meglio tollerati (all’ascolto) rispetto ai tipici difetti degli
amplificatori allo stato solido. Esistono ottimi amplificatori a valvole e
ottimi amplificatori allo stato solido. E’ vero anche il contrario.
Retroazione
In commercio si trovano amplificatori fortemente retroazionati
e altri privi di retroazione. La retroazione non è una tecnica negativa in
quanto tale: dipende da come viene utilizzata.
Si veda:
http://www.mariobon.com/Articoli_amplificatori/650_controreazione.htm
Il clipping
Il clipping è un difetto di qualsiasi tipo di dispositivo
legato ad una evidenza banale: non si può aumentare il volume all’infinito. Raggiunto
un certo limite il dispositivo (sia esso un amplificatore piuttosto che un
altoparlante) non è più in grado di aumentare l’ampiezza del segnale in uscita
in modo proporzionale alla variazione dello stimolo.
Questa limitazione si può manifestare in due modi:
progressivamente o bruscamente. Chiariamo
subito che il confronto va fatto tra
|
amplificatori allo stato solido con “alto” tasso di
retroazione (> 16 dB) |
Amplificatori a valvole con tasso di retroazione basso o
nullo (< 16 dB) |
In questo caso si rilevano le differenze più evidenti. Applicando
elevati tassi di retroazione la caratteristiche di qualsiasi tipo di
amplificatore tendono ad uniformarsi almeno per quanto riguarda la risposta in
frequenza, l’ipedenza di ingresso, l’impedenza di uscita, la distorsione
armonica e soprattutto per il clipping che avviene in modo “duro”.Per quanto riguarda la distorsione di
intermodulazione dinamica, questa dipende dalle soluzioni tecniche adottate.
A differenza dell’amplificatore allo stato solido, l’
amplificatore a valvole presenta una caratteristica statica di trasferimento
simile ad un compressore che “smussa” (o comprime) i picchi del segnale. Per
questo motivo si dice che l’amplificatore a valvole è caratterizzato da un
“clipping morbido” (soft clipping) contrapposto al clipping “duro” che
caratterizza l’amplificatore a stato solido retroazionato.
|
|
Caratteristica
ingresso-uscita di un amplificatore a valvole (clipping “morbido” ) ed un amplificatore
a stato solido (clipping “duro”). Nell’amplificatore a valvole quando
l’ampiezza del segnale in ingresso supera una certa ampiezza il guadagno
diminuisce. Questa azione è simile a quella di un compressore. In un amplificatore molto retroazionato a stato solido,
invece, il clipping è netto o “duro”. Per ottenere un clipping “morbido” è necessario applicare
un tasso di retroazione basso o nullo (contrariamente la retroazione
“raddrizza” la caratteristica di trasferimento e si torna al clipping
“duro”). |
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Clipping
ideale |
clipping
reale |
|
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Esempio di clipping e intervento delle protezioni (con
isteresi). L’intervento delle protezioni può prolungare il tempo
durante il quale l’amplificatore distorce. |
L’Alimentazione
L’alimentazione può essere regolata o non regolata. Una alimentazione regolata dispone di un dispositivo di controllo che mantiene la tensione di alimentazione costante indipendentemente dalla corrente erogata.
Una alimentazione non regolata fornisce una tensione di alimentazione che tende a ridursi quando la richiesta di corrente aumenta. Questo fenomeno viene contrastato dai condensatori di filtro (o livellamento) posti in parallelo all’alimentatore.
Nel primo caso non c’è differenza tra la potenza continua erogata e la potenza di picco. Nel secondo la potenza di picco è sempre maggiore della potenza continua.
In genere, per contenere i costi, gli amplificatori utilizzano alimentazione regolata per gli stadi di ingresso e di guadagno in tensione e alimentazione non regolata per lo stadio finale di potenza (guadagno in corrente).
E’ fuori di dubbio che la soluzione migliore sia l’alimentazione regolata per tutti gli stadi. Va anche detto che la potenza “istantanea” deve poter essere mantenuta per almeno 0.7 secondi e quindi alla fine conviene riferirsi alla sola potenza continua. (questo 0.7 secondi derivano da uno studio statistico condotto si segnali misurali).
Amplificatori e Protezioni
Se si mettono in cortocircuito i terminali di uscita di un
amplificatore la richiesta di corrente schizza all’infinito e i dispositivi
finali si bruciano. L’ altre causa di guasto per un amplificatore sono
l’eccessivo riscaldamento e l’eccessiva tensione in ingresso.
Gli amplificatori commerciali normalmente sono dotati di
circuiti di protezione. Esistono diversi tipi di protezioni che possono essere
sensibili alla corrente, alla tensione
o alla potenza. Tuttavia agiscono tutte allo stesso modo: staccano i
dispositivi di uscita o riducono la corrente di pilotaggio dei dispositivi di
uscita.
Dato che, nelle effettive condiziono d’uso, l’amplificatore
si trova in clipping o prossimo al clipping per la maggior parte del tempo, c’è
il rischio che le protezioni intervengano troppo stesso degradando in vario
modo la qualità sonora (in pratica l’amplificatore suona ad intermittenza).
Ci sono due modi per
non attivare i circuiti di protezione:
-
non esagerare con il controllo del volume
-
scegliere diffusori acustici con impedenza elettrica
regolare e con valori minimi superiori a 3.2 ohm.
Quello che succede è che troppi appassionati ascoltano musica a livelli troppo elevati (per i loro amplificatori). Mentre a teatro possiamo udire distintamente anche il minimo colpo di tosse, quando si ascolta in casa il livello è talmente alto che non si riesce a sentire il telefono o a parlarsi normalmente senza gridare. Peter Walker ascoltava musica con diffusori da 82 dB SPL e un amplificatore da 40 Watt. Senza voler esagerare in un senso o nell’altro, la strada giusta e porta comunque ad un miglioramento della percezione della musica riprodotta è la riduzione del rumore di fondo ambientale.
Ridurre il rumore di fondo dell’ambiente di 3 dB equivale a moltiplicare per 2 la potenza dell’amplificatore. Ridurre il rumore di fondo dell’ambiente di 6 dB equivale a moltiplicare per 4 la potenza dell’amplificatore. Una riduzione di 6 dB si può ottenere adottando i doppi vetri alle finestre e coibentand i cassonetti delle persiane avvolgibili. Questa operazione potrebbe costare meno rispetto al cambio dell’amplificatore (e fa anche risparmiare sul riscaldamento quindi “si paga da sola”).
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|
A –
limitatore a diodo B –
limitatore a transistor, togliendo R1 si comporta come il limitatore a diodo,
togliendo R3 entra in zona attiva e si comporta come un amplificatore
invertente. Quindi servono tutte le resistenze |
Versioni
simmetrica del limitatore a diodi e a transistor. Con una resistenza in più,
si alza la soglia di intervento. |
|
Circuiti utilizzabili per limitare
la corrente in base ai transistors di uscita di un amplificatore. È
fondamentale che l’intervento sia di tipo “digitale” per non sottrarre
corrente alla base durante il funzionamento lineare. (da Elettronica Oggi,
1983) |
|
Le protezioniprendiamo un
amplificatore, colleghiamo il CD, alziamo il volume e mettiamo in corto i
morsetti di uscita ... fumo nero e cattivo odore: L'amplificatore non era
protetto contro il cortocircuito dell'uscita. Le protezioni servono. La protezione
ideale è quella che interviene solo quando serve e per il minimo tempo
necessario. Ed è qui che sorgono le difficoltà. Le giunzioni bruciano in
pochi nano-secondi mentre un fusibile brucia in milli-secondi. Il fusibile
non è sempre in grado di proteggere l'amplificatore Si utilizzano quindi
delle protezioni elettroniche che intervengono, per esempio, spegnendo i
dispositivi di uscita (come quelle illustrate in precedenza). Per evitare una
condizione di on/off continua vengono inserite delle costanti di tempo per
cui la protezione, una volta innescata, viene mantenuta per un certo tempo.
Se questo tempo è di 3 secondi l'utente sente l'amplificatore spegnersi e
magari abbassa il volume. Se le protezioni si resettano dopo 30 millisecondi
l'utente sente la qualità del suono degradare (chatting).
|
Caratteristiche che intervengono sulla qualità della
riproduzione
il suono degli amplificatori è caratterizzato:
|
dalla classe di funzionamento |
Poco se ben realizzato (tranne per la classe B) |
Meglio classe A senza retroazione |
|
dall’accoppiamento in AC o DC |
Poco o nulla se in condensatori sono buoni |
Meglio se accoppiato in DC |
|
dalla distorsione per intermodulazione dinamica |
Molto influente negli ampli molto retroazionati o mal progettati |
Meglio senza reazione |
|
dal il fattore di smorzamento |
In funzione della impedenza del carico |
Miglio se molto alto |
|
dalle protezioni |
Che potrebbero non esserci o intervenire precocemente |
Meglio se assenti |
|
dalla gestione del clipping |
In particolare se
“duro” |
Meglio “morbido” |
|
dalla presenza di trasformatori di uscita |
Poco se buoni e sovradimensionati |
Meglio senza trasformatore |
|
dalla alimentazione |
Poco se regolata |
Meglio regolata |
|
dallo slew rate |
Molto se basso |
Meglio alto |
La “piattezza” della banda passante e i limiti di risposta
sono generalmente sufficienti. E’ fondamentale che la risposta in frequenza non
venga alterato dalla presenza del carico. La diafonia tra i canali ed il rumore
devono, in ogni caso, essere almeno nella norma.
Come scegliere l’amplificatore
|
Prima si
sceglie il diffusore acustico e poi l’amplificatore più adatto per pilotarlo. |
Nello scegliere il diffusore acustico si deve considerare la sua impedenza. Se l’impedenza del diffusore è a norma, scegliere l’amplificatore sarà molto più facile (e anche più economico). Se, per esempio, un diffusore presenta un minimo di impedenza di 2 ohm si dovrà scegliere un amplificatore adatto a questo tipo di carico (per esempio un amplificatore con trasformatore di uscita ma con una uscita per carichi da 2 ohm).
Per scegliere l’amplificatore con cognizione di causa
bisogna disporre di almeno tre dati:
-
la minima impedenza dei diffusori
-
la sensibilità dei diffusori
-
il massimo SPL che si desidera ottenere.
Supponiamo che il diffusore produca 90 dB SPL con 2.83 VRMS
a un metro. Per semplificare molto le cose consideriamo che due diffusori
contemporaneamente in funzione a 2 metri di distanza producano ancora 93 dB nel
punto di ascolto (tenuto conto anche del campo riflesso). Per ottenere 113 dB
nel punto di ascolto servono 20 dB in più ovvero una tensione di 28.3 VRMS (113
dB SPL nel punto di ascolto corrispondono a 116 dB di picco). Se il diffusore
presenta un minimo di 3.2 ohm l’amplificatore dovrà erogare
(28.3)2 / 3.2 = 250 Watt continui su 3 ohm pari a
125 Watt continui per canale (sempre su 3 ohm)
A questo punto potremo scegliere, per esempio, un amplificatore da 150 Watt continui su 4 ohm (circa 100 Watt continui per canale su 8 ohm). L’amplificatore Unico Research mod. Unico 50 sarebbe già sovrabbondante (vedi oltre).
Come scegliere l’amplificatore : Diffusori “difficili” e Amplificatori “correntosi”
Se non abbiamo idea dell’impedenza del diffusore o ancora
non li abbiano acquistati o immaginiamo di cambiarli spesso, allora dobbiamo
puntare su amplificatori in grado di pilotare anche diffusori a bassa
impedenza.
I diffusori “difficili” sono quelli che presentano una
impedenza bassa o fortemente reattiva (con picchi e avvallamenti ravvicinati
nella curva di impedenza). Se poi il diffusore presenta una impedenza
bassa e anche molto reattiva diventa
“molto difficile”. Se per giunta è poco sensibile (meno di 86 dB ) diventa
“molto, molto difficile”.
Un diffusore con impedenza bassa ma puramente resistiva non
è un problema per l’amplificatore: al massimo suonerà più piano.
Le impedenze reattive, invece, provocano la degenerazione
della retta di carico dei dispositivi di uscita in una ellisse il che comporta
l’esigenza di una maggiore escursione di tensione (SUONO n. 93 pag. 150).
In tal caso non basta acquistare un amplificatore capace di
pilotare carichi bassi (per esempio un 50 watt su 8 ohm ma capace di pilotare
un ohm) ma serve un amplificatore con maggiore escursione della tensione di
uscita (almeno 3 o 4 volte più potente)
e anche capace di pilotare carichi bassi (tipo un buon 100-200 Watt continui per canale su 8).
Questo è un buon motivo per selezionare diffusori con impedenza almeno conforme alla norma DIN 45500 (ovvero con minimi di impedenza non inferiori a 3.2 ohm e limitate rotazioni di fase).
Qwuesto è il momento giusto per ricordare che l’impedenza è una grandezza complessa che può esrimersi in questa forma:
|
Z = |Z| cos (f) |
|Z| = modulo e f = fase |
Si consideri questa tabellina
|
|Z| modulo di Z |
Fase f in gradi |
Impedenza minima (parte reale di Z) |
|
8 |
15 |
7.73 (96.59%) |
|
8 |
30 |
6.93 (86.60%) |
|
8 |
45 |
5.66 (70.71) |
|
8 |
60 |
4 (50%) |
Quello che conta, naturalmente è il valore nella terza colonna che ci dice che, quando l’angolo di fase vale 60°) è come se l’amplificatore lavorasse su un carico che vale la metà (e in condizioni molto gravose).
Amplificatori Unison Research
Gli amplificatori della serie Unico di Unison Research sono stati misurati da Audio Review con i seguenti risultati:
|
carico |
Unison Unico 50 |
Unison Unico 100
|
Unison Unico 200 |
|||
|
|
Potenza RMS sul carico in Watt |
Tensione di picco sul carco in Volt |
Potenza RMS sul carico in Watt |
Tensione di picco sul carco in Volt |
Potenza RMS sul carico in Watt |
Tensione di picco sul carco in Volt |
|
2 ohm |
364 |
38.16 |
500 |
44.72 |
820 |
57.27 |
|
4 ohm |
234 |
43.27 |
363 |
53.89 |
580 |
68.12 |
|
8 ohm |
137 |
46.82 |
222 |
59.60 |
350 |
74.83 |
|
carico |
Unison Unico 150 |
|
|
|
Potenza RMS sul carico in Watt |
Tensione di picco sul carco in Volt |
|
2 ohm |
378 |
38.88 |
|
4 ohm |
261 |
45.69 |
|
8 ohm |
157 |
50.12 |
|
|
Unison Unico 50 |
Unison Unico 100
|
Unison Unico 150 |
Unison Unico 200 |
|
Fattore di smorzamento A 100, 1000 e 10kHz |
37, 37, 31 |
248, 231 ,226 |
14.1, 14.2, 14.2 |
53, 53, 52 |
Questi amplificatori sono adatti per pilotare qualsiasi tipo di diffusore acustico a norma (e anche fuori norma). L’Unico 200, in regime impulsivo, eroga 1300 Watt (72.11 Volt sul carico). L’Unico 150 consente riscegliere il tipo di controreazione più adatta al carico. Il fattore di smorzamento cambia con il tipo di controreazione scelta. L’Unico 150 è molto poco sensibile rispetto alla scelta dei cavi di potenza e predilige i diffusori a norma per l’impedenza.
Prendiamo l’Unico 100: la tensione che riesce a produrre sul carico da 2 ohm è pari a 44.7 Volt (500 Watt) e questa è la tensione minima che l’amplificatore può garantire anche su 4, 8 e 16 ohm. Lo dobbiamo considerare un amplificatore da 125 Watt su 8 ohm infatti (con una buona dose di autolesionismo) si chiama Unico 100 come se fosse un ampli da 100 Watt. Ripetendo lo stesso ragionamento per i tre amplificatori otteniamo la seguente tabella:
|
Carico |
Unison Unico 50 |
Unison Unico 100
|
Unison Unico 200 |
|||
|
|
Potenza RMS sul carico in Watt |
Tensione di picco sul carco in Volt |
Potenza RMS sul carico in Watt |
Tensione di picco sul carco in Volt |
Potenza RMS sul carico in Watt |
Tensione di picco sul carco in Volt |
|
2 ohm |
364 |
38.16 |
500 |
44.72 |
820 |
57.27 |
|
4 ohm |
182 |
38.16 |
250 |
44.72 |
410 |
57.27 |
|
8 ohm |
91 |
38.16 |
125 |
44.72 |
205 |
57.27 |
L’Unico 200 si chiama così perché garantisce 57.27 Volt da 2 a 8 ohm. L’Unico 100 e L’Unico 50 erogano effettivamente più potenza di quanto non lascino intendere i loro nomi.
I nomi corretti dovrebbero essere Unico 90, Unico 125 e Unico 200.
Se poi sui carichi elevati (8ohm o più)
l’amplificatore produce potenza
maggiore tanto di riguadagnato. A questo punto dovrebbe essere chiaro che tutto
dipende dall’impedenza dei diffusori acustici. In linea di principio, se non
conosciamo l’impedenza dei diffusori, sappiamo che, con questi amplificatori, potremo contare come minimo
su 38.16, 44.72 o 57.27 Volt RMS su qualsiasi carico compreso tra 2 e 8 ohm.
Se invece sappiamo che il minimo di impedenza del diffusore vale, per esempio,
4 ohm sapremo di poter contare su potenze maggiori.
Scendere sotto 2 ohm di carico non dovrebbe essere necessario (la normativa prevede un carico minimo di 3.2 ohm e i diffusori con minimi inferiori non dovrebbero nemmeno essere in commercio). In sostanza gli amplificatori della serie Unico garantiscono il corretto pilotaggio della quasi totalità dei diffusori acustici sul mercato.
I cavi
Il cavo, con la sua componente
resistiva, altera il fattore di
smorzamento dell’amplificatore e ne degrada le prestazioni. Tanto per mettere
giù dei numeri consideriamo 3 cavi di sezione diversa e un amplificatore con
fattore di smorzamento pari a 200:
|
lunghezza in
metri |
Sezione |
componente
resistiva |
giudizio |
|
2.5 |
AWG 14 |
0.041 ohm circa |
Il fattore di
smorzamento si dimezza |
|
2.5 |
AWG 10 |
0.016 ohm circa |
può andare bene |
|
2.5 |
AWG 8 |
0.010 ohm circa |
va meglio |
La resistenza del cavo è valutata su
andata+ritorno quindi su 5 metri di conduttore.
la resistenza di un AWG 14 è paragonabile alla resistenza di uscita dell’ampli
e ciò ne dimezza il fattore di smorzamento. Con l'AWG 8 il fattore di
smorzamento diminuisce "solo" del 20%. La attenuazione dovuta al cavo
AWG 8 (su carico da 2 ohm) vale meno di 0.043 dB e non è udibile (la JND vale
da 0.1 dB a 0.5 dB a seconda degli autori e della larghezza di banda
considerata). I cavi di sezione AWG 8
(AWG 7, AWG 6 ecc.) difficilmente creano problemi.
Le “differenze di sonorità” tra cavi
diversi sono evidenti quando si confrontano tra loro cavi di sezione molto
diversa o insufficiente o qualità scadente (o semplicemente troppo lunghi).
Vale infatti il seguente teorema:
|
“Quando, nel
confronto tra due cavi, si percepisce una variazione di qualità sonora allora
uno dei due cavi è da buttar via” . |
La dimostrazione è triviale: il cavo ideale,
per definizione, non altera la qualità sonora. Se, alternando due cavi, si
percepisce una variazione nel suono significa che almeno uno dei due cavi
introduce una variazione quindi non è ideale e va buttato via. Questo teorema
non dice quale dei due cavi deve essere buttato ma questo si capisce facilmente
con una misura (per esempio di resistività del cavo o di risposta in frequenza
ai morsetti del diffusore).
Per concludere per “accoppiare”
amplificatore, cavi e diffusori si deve partire da impedenza e sensibilità del
diffusore :
|
1 |
Nota la sensibilità del diffusore si
calcola la potenza RMS dell’amplificatore necessaria per raggiungere il
livello SPL desiderato nell’ambiente |
|
2 |
si sceglie l’amplificatore di potenza adeguata
(in funzione della impedenza del diffusore) |
|
3 |
si sceglie il cavo in funzione della
impedenza di uscita dell’amplificatore e comunque molto minore della
impedenza dei diffusori. |
I diffusori Opera
Tutti i diffusori Opera presentano impedenza nominale di 4 o 8 ohm e rispettano la norma DIN 45500 (anche in modo conservativo). In più presentano impedenza regolare e con rotazioni di fase contenute. Per molti modelli sono disponibili gli schemi per regolarizzare la curva di impedenza e renderla praticamente costante. Tutto ciò semplifica la scelta dell’amplificatore.
http://www.mariobon.com/index_prove.htm
http://www.mariobon.com/schede/_O_Quinta2011/LinearizzazioneZ.htm
http://www.mariobon.com/schede/_O_seconda2011/LinearizzazioneZ.htm
http://www.mariobon.com/schede/_callas07/LinearizzazioneZ.htm
http://www.mariobon.com/schede/_Gcallas09/LinearizzazioneZ.htm
Sinergie
Consideriamo le possibilità di
accoppiamento di due apparecchi:
|
Apparecchio 1 è…. |
Apparecchio 2 è… |
Accoppiamento è…. |
|
Perfetto |
Perfetto |
Perfetto |
|
Perfetto |
Imperfetto |
Evidenza le imperfezioni di 2 |
|
Imperfetto |
Imperfetto |
Ottimo se i difetti si compensano, pessimo se i difetti si sommano |
Gli abbinamenti migliori sono quelli tra
apparecchi perfetti o quando i difetti di un dispositivo compensano i difetti
dell’altro (il che implica la ricerca e l’acquisto di due apparecchi
“difettosi”). Le famose “sinergie tra componenti” altro non sono che la
compensazione dei reciproci difetti.
Se andiamo ad analizzare nel dettaglio ogni
singolo accoppiamento ci accorgiamo che le differenze udibili hanno sempre una
loro ragione d’essere rilevabile con le opportune misure. Almeno in questo caso
le misure hanno una corrispondenza con la qualità sonora percepita: basta
misurare, per esempio, la risposta in frequenza ai morsetti dell’amplificatore
e ai morsetti del diffusore per rendersene conto. Questo tipo di misure è stato
fatto dalla rivista SUONO (marzo 2008 pag.70 – Impedenza: fattore discriminante
)
L’Upower: moltiplicare la potenza per quattro.
Abbiamo visto che un amplificatore a valvole, con programmi musicali adatti, si comporta come se la sua potenza fosse quattro volte più alta. Per esempio l’ Unison Simply Italy (12 Watt) si comporta come se ne avesse fino a 48 Watt (riducendo il fattore di cresta della riproduzione alla metà con un effetto da molti considerato gradito).
L’Upower è un dispositivo, di nuova concezione, che aumenta
la potenza di un amplificatore fino a 4 volte e fino al massimo di 100 Watt
(*). Ne segue che un amplificatore da 25 watt raggiunge i 100 watt mentre uno
da 40 si ferma comunque a 100 Watt. La
caratteristica dell’Upower è quella di mantenere inalterata la timbrica
dell’amplificatore “UPowerizzato” sia esso a stato solido a valvole con o senza
trasformatore di uscita. Poter disporre di un amplificatore che suona come un
Simply Two ma con 48 Watt di potenza è certamente attraente. Possiamo dire, per
semplificare che l’Upower è una specie di Booster (anche se non è così).
Abbinato all’ UPower il Simply Italy eroga 48 Watt e, per quanto detto precedentemente, si
comporta come se ne avesse 192. Siamo su numeri importanti.
L’abbinamento dell’Upower con un Unison S6 (35 Watt) compone
una amplificazione con il suono dell’ S6 ma con oltre 100 Watt di potenza
disponibile (paragonabili a 400 watt di uno stato solido). Il tutto mantenendo
il caratteristico suono delle valvole.
Nella tabella che segue viene confrontato il costo e la potenza di una coppia Amplificatore + UPower. Come si vede aggiungendo l’UPower al P40 o all’ S6 si ottiene un amplificatore con tutte le caratteristiche dell’amplificatore valvolare ma con 100 Watt di potenza ad un prezzo paragonabile al P70 (che ha “solo” 70 Watt).
|
Modello |
PotenzaWatt |
Prezzo Listino € |
Prezzo con +UPower (1.800 €) |
Potenza con Upower Watt |
Costo per Watt € |
|
SIMPLY ITALY |
12
|
1.650 |
3450 |
48 |
71.88 |
|
SIMPLY TWO |
10 |
2.150 |
3.950 |
40 |
98.75 |
|
PRELUDIO |
14 |
2.740 |
4.540 |
64 |
70.93 |
|
S6 |
35 |
3.200 |
5.000 |
100 |
50 |
|
P40 |
40 |
3.490 |
5.290 |
100 |
52.9 |
|
SINFONIA |
27 |
4.250 |
6.050 |
100 |
60.5 |
|
P70 |
70 |
5.300 |
7.100 |
100 |
71 |
|
S8 |
24 |
5.960 |
7760 |
96 |
80.8 |
|
SMART
845 Finale |
24 |
7.400 |
9.200 |
96 |
95.83 |
|
PERFORMANCE |
40 |
9.190 |
10.990 |
100 |
109.9 |
|
ABSOLUTE
845 |
40 |
35.000 |
36.800 |
100 |
368 |
|
REFERENCE
Finale |
70 |
35.000 |
36.800 |
100 |
368 |
|
La tabella fa riferimento agli amplificatori a valvole di produzione Unison ma l’Upower può essere utilizzato con qualsiasi amplificatore (valvole, stato solido, ibrido, classe D, ecc.). Si consideri con attenzione il costo per Watt (verificare i prezzi di listino) |
|||||
(*) l’Upower viene
dichiarato per 100 Watt ma ne eroga 120 con carico da 8 ohm e 180 con carico da
4 ohm.
Conclusioni
Le performance dell’amplificatore dipendono sostanzialmente dal diffusore acustico. Un diffusore con impedenza a norma e andamento regolare potrà suonare convenientemente con una larga scelta di amplificatori. Al contrario un diffusore con minimi di impedenza non a norma e/o con importanti rotazioni di fase richiede un amplificatore sovradimensionato oltre che di buona qualità.
Un trucco per far suonare meglio un diffusore molto reattivo e quello di utilizzare cavi di sezione ridotta (con una significativa componente resistiva) oppure un amplificatore con fattore di smorzamento basso (a valvole non retroazionato). In questo modo gli effetti del clipping e del chatting dell’amplificatore vengono attenuati a scapito di una certa variazione della risposta in frequenza sicuramente meglio tollerata all’ascolto. Questo è il tipico esempio di “sinergia”: la correzione di un difetto con un altro difetto.