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  • Lunedì 15 Giugno 2009 13:26
  • Ultimo aggiornamento Domenica 28 Giugno 2009 09:58
  • Scritto da David Guanciarossa

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La catena HI-FI

(IX parte - amplificatore)

 

Non é nostra pretesa dire tutto sull'amplificazione, perché occorrerebbero vari volumi per esaurire questo che a forse l'argomento più vasto e complesso della tecnica Hi-Fi; inoltre e importantissimo, al fini della qualità sonora di un impianto,che sia scelto oculatamente il componente di cui ora ci accingiamo a trattare.

Innanzi tutto, chiariamo a cosa serve l’amplificatore.

Teoricamente, a inutile. In pratica, però, é indispensabile.

Non siamo diventati matti. Ricorderete che abbiamo detto che il segnale che «esce» dall'amplificatore deve avere la stessa forma d'onda di quando vi «entra» ma diversa ampiezza. Il fonorivelatore (o il tuner o le testine del magnetofono) fornisce una corrente debolissima, assolutamente insufficiente ad imprimere vibrazioni alla membrana dell'altoparlante. Perciò bisogna che questa corrente venga «amplificata», in modo da inviare al diffusore un'energia maggiore. A questo funge l'amplificatore. Dicevamo che teoricamente é inutile perché in sostanza esso non modifica assolutamente (o quasi) le caratteristiche della trasduzione della fonte (prescindendo dall'ampiezza): tanto é vero che le vecchie radio a galena non necessi¬tano di amplificatori di sorta, ma il loro ascolto deve avvenire per mezzo di cuffie di efficienza piuttosto elevata (precisiamo che una cuffia od un altoparlante si dice più o meno efficiente di un altro a seconda che, a parità di segnale, l'intensità sonora sia maggiore o minore, indipendentemente dalla qualità del suono: la capsule telefoniche sono molto più efficienti dei grossi altoparlanti Hi-Fi!).

Stabilito che l'amplificatore serve, vediamo come e fatto... dentro. Si possono distinguere tre parti: alimentatore, preamplificatore, amplificatore finale. Vediamoli uno per uno. L'alimentatore serve a fornire le tensioni continue di lavoro ai transistor (o alle valvole), che altrimenti non potrebbero funzionare. La corrente alimentatrice deve essere continua (il che si ottiene raddrizzando n la corrente alternata di rete, per mezzo di elementi detti diodi, che la lasciano passare solo in un senso), e deve avere una certa tensione costante (qualche decina di Volt), variabile a seconda del tipo di amplificatore. Lo stadio alimentatore, però, é costituito di solito da un trasformatore e qualche altro componente; non ci soffermiamosui vari sistemi. Si tratta praticamente di una parte ausiliaria. Il preamplificatore si chiama anche amplificatore di tensione. Affinché i componenti elettronici (cioè i transistors e le valvole) dello stadio finale funzionino, oltre ad una tensione di lavoro continua (data, abbiamo detto, dall'alimentatore) é necessario anche che il segnale ,che essi devono amplificare possegga già una cer¬ta tensione, che é maggiore di quella prodotta dalle fonti. L'uscita dei moderni fonorivelatori é di solito di qualche millivolt, ma i transistor finali possono aver bisogno di una tensione di entrata di, ad esempio, 6 Volt: é necessario perciò che i 5 mV diventino 6 V: per questo scopo si impiega il preamplificatore, che appunto si dice amplificatore di tensione.

Il preamplificatore comprende tutti i controlli che si trovano sul pannello frontale e che descriveremo fra breve.

All’uscita dello stadio di preamplificazione abbiamo quindi un segnale analogo a quella di entrata ma di tensione maggiore. Tuttavia, questo non é sufficiente a muovere il cono dell'altoparlante, giacchè per compiere un movimento é necessario una certa potenza, che qui é insignificante. La potenza (in Watt) si ottiene dal prodotto della tensione (in Volt) per l'intensità di corrente (in Ampere), W = I*V. Il segnale che noi abbiamo ha, si, 6 Volt (p. es.) di tensione, ma solo qualche microampere di intensità.

L'amplificatore finale provvede ad aumentare anche l’intensità di corrente, oltre che la tensione. Affinché esso eroghi una potenza di 50 Watt. ad esempio, su un'impedenza di 8 Ohm (l'impedenza o resistenza di carico é la resistenza del circuito), poiché la potenza é data dal rapporto tra il quadrato della tensione e l'impedenza (W=V2/R), sarà necessaria una tensione di 20 Volt; e poiché W=I*V (potenza = intensità moltiplicata per la tensione), dovrà scorrere all'uscita del finale una corrente di 2,5 Ampere. Tutto ciò avviene a causa della bassa impedenza (8 ohm) del finale, la quale nel preamplificatore é invece dell’ordine delle decine di migliaia di ohm. E' ovvio che essendo maggiore la resistenza sarà minore, a parità di tensione, la corrente (perche V = I*R quindi considerando che il preamplificatore abbia un'uscita di 6V l'intensità sarà di 0,0006 A).

Il «cuore» dell'amplificatore finale é costituito da transistor (ormai le valvole sono cadute in disuso analogamente al preampli, ma essi funzionano con una tensione d'entrata elevata e generano maggior corrente: ciò spiega, tra l'altro, l'impiego di dissipatori termici per i transistor finali: sappiamo infatti che, per l'effetto Joule, la quantità di calore sviluppata da una corrente dipende dal quadrato dell’intensità, dalla resistenza del conduttore che si riscalda, da una costante relative a questo ed infine dal tempo (cioè q = kl2Rt).

Nello stadio finale di amplificazione non vi sono regolazioni di intensità sonora, in quanto esso é a « guadagno fisso», essendo tutti i controlli riuniti, come abbiamo detto, nello stadio amplificatore di tensione.

E' venuto ora il momento di parlare dei numerosi controlli ed interruttori dell'amplificatore, almeno dei principali. Cominciamo dal più banale (ma necessario): l'interruttore di rete, con la relativa spia, serve ad interrompere il flusso della corrente al trasformatore d'alimentazione (impedendo cosi funzionamento dell'apparecchio). Sul pannello frontale si può trovare la dicitura POWER ON-OFF (alimentazione: acceso - spento). Di solito, lungo il tratto di cavo elettrico compreso fra l'interruttore e l'ingresso del trasformatore é inserito un fusibile, che in caso di collegamento ad una tensione più alta di quella indicata dal cambiatensione... costa molto meno del trasformatore.

I fusibili sono costituiti da un filamento di conduttore, che «regge» una certa intensità di corrente (a seconda delle sue dimensioni), al di sopra della quale fonde, interrompendo cosi il circuito. Si può praticamente sostituire il fusibile con qualche filetto di rame (ad esempio alcuni di quelli che formano i normali cavi di collegamento), anche se ovviamente é difficile calcolarne il valore, che deve essere appropriato alla tensione ed al consumo dell'amplificatore. Sussiste infatti la già ricordata relazione W = I*V; se il consumo dell'amplificatore (alla massima potenza) é ad esempio di 100 Watt, e lo si alimenta con una tensione di 220 Volt si ha un'intensità di corrente pari a 110/220 A, cioè circa 0,45 Ampere. Se invece si alimenta l'apparecchio a 125 Volt, l'intensità é di 0,8 A. Poniamo ora caso che il cambiatensione sia posto su 125 V (ed il fusibile sia quindi da 0,8 A). Il trasformatore é costituito da un avvolgimento primario (nel quale sono le entrate per le diverse tensioni) ed un secondario nel quale per induzione il primario genera corrente. La tensione di rete si immette nel primario in un certo punto e percorre quindi un certo tratto di filo, più lungo in proporzione alla maggior tensione d'entrata. La tensione che riesce dal secondario é maggiore quante più sono le spire di esso utilizzate.

E' chiaro che il filo di rame che costituisce gli avvolgimenti presenta una certa resistenza, e nell'induzione si ha una certa dispersione di tensione (reattanza): sommate, esse danno la impedenza del trasformatore (la quale ovviamente varia a seconda della potenza che si richiede all'amplificatore). Tornando al nostro caso: l'impedenza del trasformatore a potenza massima sarà di 156ohm; all'entrata 220 V (I = 0,45 A) essa sarà invece di circa 490ohm. Se noi colleghiamo a 220 V l'entrata per 125 V, abbiamo ugualmente una impedenza di 156ohm, ma la corrente che scorre é in questo caso di 1,4 A (V = I*R): superiore, cioè, a quella tollerata dal nostro fusibile (0,8 A) il quale, per effetto Joule, surriscaldandosi fonderà, evitando che a fondere sia trasformatore. Non é la maggior tensione che fa fondere fusibile, ma l'aumento di corrente conseguente alla non variazione di impedenza (d'altronde nella formula dell'effetto Joule non figura il fattore tensione, ma solo corrente).
Alcuni amplificatori sono provvisti, in sostituzione del fusibile, di un relè, formato praticamente da due contatti che si allontanano per la dilatazione conseguente all'aumento di temperatura dovuto alla eccessiva corrente; si tratta tuttavia di un sistema abbastanza costoso anche se molto pratico (infatti quando circuito si interrompe basta premere un pulsante per richiuderlo).

Ci sono parse utili queste note di carattere elettrologico intorno al fusibile (valide sia per gli amplificatori che per qualsiasi altro eletttrodomestico), per chiarire le idee in merito a questo fenomeno che altrimenti tutti conoscono per scontato, in modo superficiale e spesso inesatto o errato.
Oltre all'interruttore, é sempre presente in tutti gli amplificatori il controllo di volume, che serve per regolare l'entità del segnale amplificato e di conseguenza la potenza acustica erogata dai diffusori. La regolazione del volume avviene per mezzo di un potenziometro (cioè una resistenza variabile), che può essere posto in vari punti del circuito: ad esempio può trovarsi all'ingresso (controllando il segnale applicato all'amplificatore), o fra uno stadio e l'altro di amplificazione. Ma non si tratta di un semplice potenziometro, bensì di un circuito formato da diversi componenti. Infatti il controllo di volume deve rispondere a molte severe esigenze, perché non deve assolutamente pregiudicare la quantità del suono ma limitarsi soltanto ad attenuarne l'intensità: cioè deve agire nella stessa misura su tutte le frequenze, il che peraltro é alquanto da ottenere. L'orecchio umano inoltre ha un funzionamento particolare.

risposta_orecchio


Come si può osservare dalle curve di risposta che riportiamo in figura, la sensibilità dell'orecchio varia al variare del livello sonoro. Ad alto volume la curva di risposte non presenta grandi escursioni, ma é pressoché lineare: si attenua progressivamente al di sotto del 200 Hz fino a —10 dB a circa 20 Hz; vi è un lieve picco (+4 dB) tra i 2500 ed i 5500 Hz, infine un calo fino ai 18000 Hz entro — 20 dB, oltre la quale frequenza non é più in grado di udire, indipendentemente dall'intensità.

Ai bassi volumi invece si ha una grave attenuazione delle frequenze inferiori ai 500 Hz ed una maggiore sensibilità, rispetto agli alti livelli, intorno ai 3000 Hz. Per compensare questa deficienza dell'orecchio ai bassi livelli sonori si usa un dispositivo detto compensatore fisiologico di volume, o LOUDNESS (che di solito é inseribile con apposito interruttore, ma che alcuni amplificatori, specie economici, incorporano nel controllo di volume stesso. Questo esalta le frequenze basse, così da ottenere una linearità di risposta dell'orecchio, come risultante di due curve simmetriche, restituendo l'equilibrio turbato da una riproduzione assolutamente lineare. Chiaramente l'effetto del loudness e più o meno marcato a seconda che il volume sia minore o maggiore, fino a non influire affatto ad alto livello; di solito le Case nella progettazione del compensatore fisiologico si conforma ad un livello sonoro che sia inferiore di 30 dB all'intensità massima ottenibile; nelle «nostre prove» noi lo misuriamo regolando il potenziometro del volume ad un quarto della sua corsa. In alcuni amplificatori il loudness é regolabile su due posizioni; ne sono stati costruiti alcuni con regolazione continua, ma si é visto che ciò comportava problemi e complicazioni nell'uso.
La prossima volta parleremo degli altri controlli ed accessori e delle utilizzazioni possibili dell'amplificatore (bilanciamento, filtri, entrate varie, equalizzazioni ecc.).


M. M. (maggio 1972)

 

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