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Banda passante di un amplificatore HiFi

Potrebbe interessanti anche sapere cos’e’ lo smorzamento di un’amplificatore e quanto questo sia legato alla qualita’ dei trasformatori e alla loro banda passante.

Premessa:

Per banda passante di un’amplificatore si intende lo spettro di frequenze, dalla piu’ bassa alla piu’ alta che un’amplificatore riesce a riprodurre senza distorsioni con una tolleranza di 3dB. Sono molti i fattori che influenzano la banda passante.

Un’amplificatore degno di essere definito HiFi deve avere una banda passante che va da 20Hz a 20kHz indistorti e senza attenuazioni.

Il problema e’ che molti credono che sia sufficiente che il trasformatore arrivi a 20khz perche’ questo non distorca, ma non c’e’ un ragionamento piu’ errato di cosi’, purtroppo i trasformatori audio introducono distorsioni, rotazioni di fase e attenuazione gia’ molto prima del loro limite di banda, quindi e’ necessario che la banda passante del trasformatore si estenda molto oltre la gamma udibile perche’ in quest’ultima non vi siano distorsioni.

Bufale del WEB: Qualcuno va affermando che la banda passante di un’amplificatore non debba essere eccessiva, che se si posseggono casse che arrivano a 50Hz e’ dannoso avere un’amplificatore che scende al di sotto o che se vai oltre i 20khz ti si bruciano i tweeter e che negli amplificatori quindi devi mettere dei filtri.

Queste affermazioni sono totalmente fuorvianti, scritte probabilmente da qualcuno che non riuscendo a produrre trasformatori audio di elevate prestazioni cerca di giustificare in qualche modo le caratteristiche del proprio prodotto.

Per iniziare e’ un’aberrazione affermare che avere una banda passante elevata sia una caratteristica “limitativa”. In secondo luogo un trasformatore o amplificatore che arriva solo a 50Hz apportera’ una udibile attenuazione fino a 100Hz se non oltre, il trasformatore DEVE arrivare ad almeno 30Hz con i -3dB se non si vuole sentire una carenza di bassi e non vedo come sia possibile che un’altoparlante se costruito con giusto criterio possa venir danneggiato. Lo stesso discorso vale per i tweeter, i tweeter possono venir danneggiati se gli si da una potenza maggiore di quella che possono gestire oppure se per colpa di errati collegamenti nel crossover gli arrivano frequenze basse.

Puo’ valere il discorso del limitare volutamente la banda passante NEL CIRCUITO, ma non nel trasformatore, piu’ per un discorso di emissioni RF che forse potrebbero danneggiare qualche tipo di tweeter e comunque questa limitazione circuitale deve essere fatta con un certo criterio, se e’ presente un anello di negative feedback ad esempio e’ imperativo che il taglio avvenga al di fuori di esso, se no si introdurranno delle rotazioni di fase che faranno suonare l’amplificatore come se si avesse un trasformatore di bassa qualita’, il circuito poi deve essere concepito in modo da evitare che escano disturbi ultrasonici o frequenze radio, ma non brutalmente limitato a 20khz.

A supporto di quanto sto dicendo riporto qui sotto l’esempio dei trasformatori d’uscita della tamura (un punto di riferimento). Clicca per ingrandire

demo tamura

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I trasformatori di questa famiglia vengono venduti a circa 1300 euro la coppia, dalla tabella e dal grafico si puo’ vedere che hanno bande passanti mediamente di 10Hz -1dB a 100kHz -3dB, sono riconosciuti in tutto il mondo come i migliori trasformatori audio, (sebbene il loro costo sia spesso proibitivo) e a sentire quelli che dicono “e ti scassa il woofer e ti scassa il tweeter” verrebbe da dire che non capiscono niente sti giapponesi.

Ci sono tante aziende sul suolo nazionale che avvolgono trasformatori e possono (o riescono) ad avvolgere “trasformatori audio”.

Come si calcola il rapporto di trasformazione, il numero delle spire e la sezione del nucleo lo si trova scritto sui libri da 100 anni ma non basta questo per realizzare un buon trasformatore audio.

La maggiorparte delle persone si “accultura” sui forum dove si parla di tutto e di piu’, dove la sapienza di alcuni si mescola con la totale ignoranza di molti altri, si leggono leggende di persone che dicono che bisogna intervallare primario e secondario almeno 20 volte, altri dicono che se non hai almeno 100henry di induttanza primaria non va niente, oppure che se l’induttanza dei 2 trasformatori sui 2 canali non e’ perfettamente uguale allora e’ un disastro, suoneranno in modo completamente diverso ed e’ necessario che i 2 trasformatori siano matchati a coppie…

Purtroppo questo e’ un calderone di nozioni spesso senza ne’ capo ne’ coda, dove perle preziose si mescolano con assolute cavolate, oppure nozioni che se tolte dal loro contesto perdono di significato, oltretutto quasi sempre viene ignorata totalmente la cosa piu’ importante: la banda passante, o addirittura pur di vendere un prodotto di mediocre qualita’ si arriva a dire che non e’ necessaria o peggio a mentire sulle reali caratteristiche dei trasformatori (quante volte avete visto dichiarato bande passanti senza che sia dichiarata l’attenuazione ? quante volte avete visto riportate le condizioni del test ? (troppo facile fare un trasformatore dai 100Watt che arriva a 100kHz a 0,1watt di potenza). Io dichiaro sempre le condizioni del test.

Un po’ di chiarezza sull’intervallamento: un trasformatore audio va intervallato, per “intervallato” si intende che al contrario dei trasformatori di alimentazione dove il primario e il secondario sono 2 avvolgimenti separati, in un trasformatore audio vengono intervallati piu’ volte pezzi di primario e di secondario.

Intervallando gli avvolgimenti nel trasformatore si aumenta il loro “accoppiamento”, aumentando l’accoppiamento si aumenta lo smorzamento che si avra’ su diffusore perche’ l’operato dell’altoparlante si riflettera’ maggiormente sul primario e quindi sulla valvola. L’accoppiamento tra primario e secondario si conosce misurando l’induttanza dispersa, minore e’ l’induttanza dispersa maggiore e’ l’accoppiamento tra i 2 avvolgimenti.

Molti pensano che sia necessario intervallare molto per avere un suono migliore: Assolutamente vago e impreciso! piu’ si intervalla piu’ aumenta la superficie delle armature del condensatore parassita che si forma tra primario e secondario, piu’ aumenta questa superficie piu’ aumenta la capacita’ parassita, piu’ aumenta la capacita’ parassita piu’ cala la banda passante in alto, quindi intervallando troppo un trasformatore si ottiene esattamente quello che non si dovrebbe ottenere, ossia il taglio delle frequenze acute!

Quante sezioni deve avere un trasformatore audio? dipende dal trasformatore! Inutile chiedere 10 15 o 20 sezioni, non ha senso! In base al rapporto di trasformazione, dal numero di spire e dalla potenza sara’ possibile fare piu’ o meno sezioni, dipendentemente dalle capacita’ che si formano e da quanto queste pregiudicano la banda passante. E’ completamente assurdo per pochissimo accoppiamento in piu’ tagliare tantissimo le frequenze alte; avrete un bel trasformatore smorzato che pero’ fa bene solo i bassi… utile solo per fermare la porta.

Se realizzando un primo prototipo con un numero di sezioni arbitrario si scopre che questo ha una banda passante altissima allora si puo’ realizzare un nuovo campione con piu’ sezionamenti altrimenti bisognera’ diminuirli o usare altre tecniche per diminuire la capacita’ parassita. La leggenda del tizio che ha fatto un trasformatore con 35 sezioni e’ appunto leggenda, se codesta persona e’ esistita veramente significa che ha costruito un trasformatore che a fatica riproduceva frequenze oltre un paio di kHz ma visto che “ogni scaraffone e’ bello a mamma sua” questa persona dira’ senza problemi che suona divinamente (magari lo usa per un soobwoofer ?!). Chi dice che fa tantissime sezioni e ha pure bande passanti spettacolari e’ semplicemente un bugiardo. Con questo pero’ non voglio dire che bisogna farne troppe poche, tutto deve essere fatto con la giusta misura.

Un po’ di chiarezza sull’induttanza primaria: se l’induttanza primaria e’ scarsa un trasformatore audio non riesce a riprodurre le frequenze basse.

Quale dev’essere l’induttanza primaria di un trasformatore audio? L’induttanza primaria di un trasformatore audio deve essere quella giusta. L’induttanza primaria dipende dell’impedenza primaria cioe’ dal numero di spire del primario e dalla sezione del nucleo. Se un trasformatore “X” arriva tranquillamente a riprodurre 10Hz con 20Henry di induttanza primaria e’ assolutamente inutile richiedere un’induttanza primaria maggiore, non vi serve riprodurre frequenze ancora piu’ basse, aumentare il numero di spire senza motivo serve solo a diminuire la banda passante alta del trasformatore, quindi se leggete su un forum che il tizio tal dei tali ha fatto un trasformatore con TOT induttanza primaria (assumendo che quel trasformatore poi andasse veramente bene), quel valore aveva significato SOLO su un trasformatore con quella impedenza primaria e quella data potenza, non potete chiedere di avere un trasformatore con un data impedenza e anche una data induttanza a vostro piacimento, non e’ cosi’ che funziona. Se un trasformatore da 10.000ohm primari ha tipicamente, chesso’, 80henry non potente chiedere (o pretendere) 80henry anche su un trasformatore da 2000ohm primari, cosi’ come e’ grottesco vedere siti che espongono trasformatori con dichiarati 300 (o piu’ henry) di induttanza primaria, sono dati inventati o acquisiti con tester da 2 soldi comprati al mercatone che non hanno nessuna attendibilita’.

Un po’ di chiarezza sul match dell’induttanza primaria di un trasformatore: se ho 2 trasformatori audio su 2 canali di un’amplificatore, uno ha un’induttanza primaria di 10Henry e l’altro ne ha 25 allora si, ho un grosso problema! ma se ho 2 trasformatori uno ha 10Henry e l’altro ne ha 11 allora il problema e’ solo nella testa della persona; se misuriamo la banda passante dei 2 canali di questo amplificatore vedremo che un canale fa ipoteticamente 20Hz~50kHz -3dB e l’altro fa 18Hz~50kHz… Impossibile notare differenza all’ascolto.

Inoltre piccole variazioni di induttanza primaria si hanno al variare della temperatura o se si applica o forza meccanica sul trasformatore, quindi poi molta gente compra trasformatori matchati in fabbrica poi vanifica l’inutile match quando li monta perche’ uno dei 2 trasformatori si scalda di piu’, per vicinanza alla raddrizzatrice oppure perche’ ha tirato una vite piu’ da una parte che dall’altra.

Potete collegare un trasformatore (tenendolo in mano) all’induttanzimetro e vedere la sua induttanza primaria variare lentamente man mano che la vostra mano lo riscalda. Potete dargli un colpetto con il manico di un cacciavite e veder che si sposta di qualche decimale.

Date retta a me piccole differenze sono irrilevanti, quando 2 trasformatori sono stato costruiti dalla stessa mano con lo stesso schema costruttivo e gli stessi materiali allora le loro induttanza primarie saranno molto vicine tra loro e suoneranno nello stesso modo punto a basta, se poi avete il gruccio che debbano essere uguali per me non c’e’ problema ad accontentarvi, devo solo perdere un po’ di tempo in piu’ a misurare e tirare le viti finche’ non si pareggiano esattamente come fa chiunque altro.

Un po’ di chiarezza sulla banda passante: In assoluto il parametro piu’ ignorato, in assoluto il parametro piu’ importante!

La banda passante di un trasformatore di uscita e’ in assoluto il parametro piu’ importante, se c’e’ la banda passante e l’induttanza dispersa non supera certi valori, ogni altro valore (qualunque esso sia) non vi deve importare perche’ va bene cosi’ com’e’!

Purtroppo molte persone sottovalutano l’importanza di questo parametro, alcune persone (quelle poi che si credono i super esperti delle valvole) addirittura ti prendono in giro quando parli di queste cose affermando che “fai i concerti per i pippistrelli” o altre sciocchezze simili o che spacchi le casse come quelli della citazione a inizio pagina.

Altri affermano che se il trasformatore arriva a 20khz va bene e se vai oltre non serve a niente perche’ tanto l’orecchio umano non ci arriva… si ma?! mai nessuno che parla di attenuazione? nessuno sa cosa sia!… hai un trasformatore che arriva a 20khz… si? con quanta attenuazione??? -1db? -3db? -40db? sono sicuro che potete smontare il trasformatore di alimentazione del vostro forno a microonde e pure quello ci arriva a 20khz… molto attenuato ma ci arriva… Lo usereste mai per fare un’amplificatore con qualche pretesa di essere HiFi? perche’ no? a 20khz ci arriva pure lui sicuramente!

Cosa significa questo? Significa che quando leggete su un sito che vende trasformatori che il tal trasformatore fa 20Hz/20kHz oppure 30Hz/30kHz senza specificare con che attenuazione, senza specificare con quanta corrente o a che potenza, allora vi stanno semplicemente prendendo per i fondelli, sono dati buttati praticamente a caso che sicuramente non rispecchiano la realta’… e lo fanno anche alcune marche conosciute a livello mondiale, non solo i trasformatorai nostrani. Ad esempio la h*****d che vendeva (vende ancora) un trasformatore per KT88 dichiarato per 120watt con banda passante da 30hz/30khz (attenuazione ignota, esattamente come le condizioni di test) che usato nella realta’ arrivava ad un pessimo 15khz -3dB… Poi scusate, 20Hz/20kHz – 30Hz/30kHz secco e preciso, non 15/22 o 28/32 …

Quindi innanzitutto e’ obbligatorio che oltre la banda passante venga specificata l’attenuazione. L’attenuazione di 3 decibel significa che la potenza e’ dimezzata, questa unita’ di misura e’ lo standard. In secondo luogo se si dice che un trasformare arriva a 20khz -3dB non e’ che fino a 19.999 e’ perfetto e poi a 20.000 crolla giu’… significa che, a seconda dei casi, questo trasformatore potrebbe iniziare ad attenuare lentamente partendo da 5kHz fino ad arrivare a 20kHz con i famosi 3dB di attenuazione, il che vuol dire che nel vostro amplificatore avete un bel filtro che vi taglia tutte le frequenze alte, come se aveste messo un’equalizzatore e aveste tirato giu’ gradualmente tutte le levettine partendo dai medi fino agli acuti!

Inoltre c’e’ anche un’altro fenomeno molto importante che e’ la rotazione di fase, per rotazione di fase si intende che il segnale che esce dal trasformatore e’ in ritardo. La rotazione di fase di un trasformatore aumenta gradualmente man mano che ci si avvicina al limite di banda superiore, minore sara’ la banda passante del trasformatore maggiore saranno le rotazioni di fase dentro la gamma udibile (altro che pippistrelli!) e ancora peggio se nel vostro circuito sara’ applicato un’anello di negative feedback (da ora in avanti NFB) la rotazione di fase retrocessa nel circuito aumentera’ a dismisura le armoniche alte, quelle che fanno suonare male un’amplificatore.

Vediamo ad esempio l’analisi di spettro (a 25 watt) di un’amplificatore commerciale che arriva a 34khz (quindi gia’ oltre i canonici 20khz), amplificatore che ha un forte tasso di NFB.

25 Watt

Durante il test questo amplificatore stava riproducendo una frequenza di 1kHz (nella gamma udibile no???), solo che l’1kHz e’ il primo ago del grafico, tutti gli altri aghi sono armoniche, spudurate distorsioni causate dalle rotazioni di fase introdotte per colpa della scarsa banda passante del trasformatore unita all’uso di NFB, eppure andava oltre i 20khz, arrivava a 34.

Vediamo a confronto l’analisi di spettro di un mio apparecchio, alla massima potenza prima del clipping e facente uso di un trasformatore ad alta banda passante, anch’esso con NFB nel circuito.

Vi state convincendo dell’importanza di avere trasformatori con bande passanti elevate ?

Molte persone demonizzano l’NFB imputandogli colpe che non ha, hanno trasformatori che vanno come vanno, li fanno suonare e gli sembra che vadano bene (perche’ non hanno mai ascoltato niente di meglio), provano a usare NFB nel circuito e all’improvviso hanno un coso che non s’ascolta… non e’ colpa dell’NFB ma e’ colpa di tutte le schifezze che si generano mescolando un trasformatore scarso di banda passante con l’NFB, se il trasformatore va bene un tasso moderato di NFB non introduce peggioramenti significativi ma anzi diventa migliorativo (ho messo in grassetto “moderato” perche’ c’e’ anche chi avendo in mano buoni trasformatori a volte arriva a far troppo NFB e quando e’ troppo e’ troppo).

Se un trasformatore audio ha una banda passante molto elevata invece (che vada molto oltre la gamma udibile tipo 50/100khz anche) allora all’interno della gamma udibile (da noi esseri umani) non ci saranno rotazioni di fase apprezzabili, quindi anche in presenza di NFB le distorsioni  inizieranno a presentarsi solo sulle frequenze udibili dai nostri amici pippistrelli, per cui ci dispiaciamo molto.

In ultimo: quando un trasformatore ha una banda passante molto elevata vuol dire che le sue capacita’ parassite sono molto piccole, avendo capacita’ molto piccole si attenua tantissimo un fenomeno chiamato “ringing”, il ringing sono delle oscillazioni smorzate alla frequenza a cui risuona il trasformatore che si formano sui fronti d’onda. Piu’ e’ piccola la capacita’ parassita del trasformatore piu’ alta sara’ la frequenza del ringing e minore sara’ la sua ampiezza.

Quando si vuole visualizzare il ringing di un trasformatore audio si applica al suo ingresso un’onda quadra, rappresentata qui sotto:

quadra

Quelle che seguono sono 2 esempi di ringing tipici in trasformatori di media qualita’:

ring1

ring2

Quella che segue e’ l’immagine del ringing di un trasformatore di ottima qualita’, ad alta banda passante:

ring3

Quella che segue e’ l’immagine del ringing di un trasformatore realizzato da uno di quelli che sa tutto, che “sa” che devi mettere un nucleo molto piu’ grande del necessario, “sa” devi avere tantissima induttanza primaria e sezionare un casino di decinaia di volte… Uno di quelli che “sa” come fare un…

ringing demo2

…fermaporte.

Ovviamente con l’amplificatore si ascolta musica e non onde quadre, le onde quadre si usano durante le misure per rendere evidente il difetto, ma questo c’e’ anche quando si riproduce musica, ogni qualvolta ci sia un fronte di salita o di discesa nel segnale si genera un po’ di questo disturbo che si sovrappone al segnale.

Il mito del nucleo a doppia C: un’altra richiesta che diverse persone fanno e’ quella del nucleo a doppia C, ma siamo sicuri che siano la panacea di tutti i mali o che non abbiano aspetti negativi? Inizio con il dire che i nuclei a lamierini a cristallo orientato prodotti in italia sono abbastanza scadenti, invece ho trovato lamierini di produzione francese che sono molto buoni (omogenei, invece quelli italiani cambiano da una partita all’altra).

Ma che cosa avrebbero di meglio i doppia C? Il nucleo a doppia C ha una maggiore permeabilita’ magnetica questo in alcuni casi ti permette di andare giu’ di frequenza lo stesso, mettendo meno spire di rame rispetto quelle che sarebbero necessarie con i lamierini. Mettere meno spire puo’ essere di aiuto per avere meno capacita’ parassite e quindi piu’ banda passante in alto. La necessita’ di metter meno spire per scarsita’ banda in alto di solito si ha su trasformatori con impedenze primarie elevate, su trasformatori con impedenze basse potrebbe non essere una necessita’ impellente. Poi il miglioramento portato dal nucleo a doppia C non e’ cosi’ astronomicamente migliore. Se si e’ riusciti a produrre un ottimo trasformatore con i normali lamierini rifarlo con nuclei a doppia C non porta da nessuna parte.

Un’aspetto negativo dei nuclei a doppia C che dovete tenere in considerazione molto bene e’ nella realizzazione di trasformatori per pushpull: se la corrente DC (il bias in sostanza) sui 2 rami del trasformatore non e’ perfettamente bilanciata un nucleo a doppia C satura quasi subito con risultati poco piacevoli mentre un trasformatore realizzato a lamierini e’ piu’ tollerante. E non crediate che basti comprare valvole matchate per risolvere i problema, raramente valvole che sono matchate ci restano per piu’ di qualche settimana, dopo inesorabilmente ce ne sara’ una che tira qualche milliamper piu’ dell’altra e la poca cura di questo aspetto in tante circuitazioni usate di solito dalla gente non aiuta per nulla.

Il mito del trasformatore sovradimensionato: Se dovete fare un finale da 3 watt non ha senso dimensionare il trasformatore per 30 watt, aumentante inutilmente le capacita’ interne e aumentate inutilmente l’induttanza dispersa. Il nucleo sara’ molto grande e per via della sua scarsa corrente la valvola fara’ fatica a far uscire frequenze basse, quindi cadrete nel solito circolo vizioso che: non fa i bassi quindi chiedo piu’ induttanza primaria, quindi ho meno banda passante alta e alla fine avrete ottenuto un’apparecchio mediocre.