Come riconoscere i migliori amplificatori audio fai da te

Come riconoscere i migliori amplificatori audio fai da te in circolazione?

In questo post trovi risposte alle domande:

come faccio a riconoscere l’ampli migliore per il mio impianto audio?
quali sono le caratteristiche più importanti di un amplificatore audio?
è facile costruire un impianto audio fai da te?
cosa mi serve per costruirlo?

Vediamo di rispondere alle domande che ti starai facendo, e che francamente ci facciamo tutti prima di costruire il nostro piccolo, o grande, impianto audio HiFi.

Come riconoscere

i migliori amplificatori audio

Ci sono almeno tre modi per riconoscere un buon amplificatore audio:

analizzare le prestazioni tecniche sul datasheet dell’integrato o i dati tecnici forniti dal costruttore
sentire con le proprie orecchie e valutare secondo il piacere o nitidezza del programma musicale
fare una misura con generatori di segnale e analizzatori di spettro

Non è facile analizzare le prestazioni tecniche senza avere un minimo di conoscenza dell’elettronica. Cercherò di farlo nel prossimo capitolo.

Anche sentire con le proprie orecchie non è da tutti. Non perchè non hai buone orecchie, non fraintendermi ! Ma sai riconoscere una distorsione del suono ? L’orecchio va allenato per ascoltare e riconoscere la musica. Per esempio è importante conoscere il suono degli strumenti “veri” sentiti dal vivo, suonati in fronte a te da grandi musicisti e senza amplificazione.

Qui sotto vedi una rappresentazione grafica di un suono distorto (per la precisione distorsione di clipping) e dello stesso suono non distorto (linea blu).

amplificatori audio - grafico di un suono distorto — amplificatori audio – grafico di un suono distorto

La distorsione del suono, se non lo sai, avviene quando senti un suono sgradevole o gracchiante. Come se la cassa acustica fosse rotta, o comunque la musica ti produce una non rilassante sensazione. Alcuni gruppi musicali sono diventati famosissimi grazie alla distorsione applicata ai propri strumenti musicali.

Il video dei Nirvana ti fa sentire suoni “puliti” e suoni “distorti”. Anche la voce del cantante ad un certo punto distorce.

Amplificatori audio

Le caratteristiche tecniche più importanti

Quali sono le caratteristiche più importanti che influenzano la riproduzione del suono?

la tipologia del circuito amplificatore
la qualità del circuito elettronico e dei componenti utilizzati
la qualità dell’alimentatore e la reiezione ai disturbi elettrici
la banda passante
il rumore residuo, cioè di sottofondo
la distorsione armonica totale THD

Tipologia del circuito di amplificazione

La tipologia del circuito influisce, e non poco, sulla qualità del suono riprodotto. Ho già affrontato questo argomento in dettaglio nel mio precedente post Amplificatore audio fai da te per chitarra.

Per riassumere, secondo i pareri degli esperti, il migliore circuito è quello in classe A e quello in classe D.

Il circuito in classe A è molto più costoso perchè ha un basso rendimento elettrico. Il che significa grossi e potenti alimentatori e dissipatori di calore pesanti. Questo circuito ha un rendimento massimo inferiore al 25% (con accoppiamento a trasformatore il massimo teorico è il 50%).

Ciò significa che più della metà della potenza viene “buttata” in calore. In inverno ci farà anche da termosifone perchè il suono che esce da questo amplificatore è morbido e caldo. Inutile dire che un ottimo ampli in classe A se lo possono permettere in pochi, dato il suo alto costo.

Con questa circuitazione si utilizzano valvole termoioniche. Ma abbiamo visto nel mio precedente post “come costruire il migliore amplificatore audio fai da te” che si può costruire anche con transistor e mosfet.

Di solito questo ampli è costruito a partire dai singoli componenti saldati sua una scheda elettronica, detta anche circuito stampato PCB. E’ un ottimo circuito per il fai da te, perchè si possono utilizzare tutti componenti discreti e a tecnologia TH.

La circuitazione in classe D ha un altissimo rendimento, di solito almeno del 90%. Ciò significa che l’amplificatore scalderà pochissimo. Il suono che esce da questo tipo di ampli è profondo nei bassi e dettagliato negli acuti. In questo circuito il suono viene “ricostruito” modulando il segnale audio con un segnale PWM. La frequenza del segnale di base PWM determina la grandezza dei componenti utilizzati. Più la frequenza è alta più i componenti di potenza (induttante e condensatori di filtro in uscita) sono piccoli o addirittura inesistenti.

Qualità dei componenti

Nell’elettronica ci sono componenti più adeguati di altri per assolvere il compito di amplificare il segnale audio. Per esempio la tecnica di costruzione di un condensatore, cioè quali materiali lo compongono, determina la qualità del suono degli amplificatori audio.

Questo perchè il suono è, a livello elettrico, un’onda a frequenza variabile. Il suono è fondamentalmente fatto di segnali elettrici transistori, cioè è di natura impulsiva. Per “seguire” questi transistori ed amplificarli al meglio si devono usare componenti “veloci”. I migliori condensatori hanno una bassa resistenza serie ESR. Non variano le loro caratteristiche nel tempo o al variare della tensione/corrente a cui sono sottoposti. Dovrebbero avere anche una bassa induttanza parassita.

Un esempio a basso costo sono i condensatori in polipropilene ed i condensatori elettrolitici a basso ESR. I primi vanno bene sia per il condensatore di blocco sia all’ingresso che all’uscita dell’amplificatore, sia nello stadio di alimentazione. Questi condensatori hanno una bassa capacità che si traduce in limitata ampiezza di banda, se accoppiati con una bassa impedenza (per esempio l’impedenza dell’altoparlante). Sono più ingombranti, a parità di capacità, rispetto ai condensatori elettrolitici.

5-migliori-amplificatori-audio-fai-da-te-condensatori-polipropilene — Condensatore polipropilene usato negli amplificatori audio

I condensatori elettrolitici hanno al loro interno un elettrolita, cioè un liquido. E’ importante capire come la loro capacità varia al variare della tensione e della frequenza del suono. Si devono preferire quelli che hanno una variazione minima del loro valore di capacità al variare dei parametri elettrici a cui sono sottoposti. Per il circuito di alimentazione di un amplificatore audio sono consigliati i condensatori elettrolitici a basso valore di ESR.

come riconoscere i migliori amplificatori audio fai date - grafico-modello-elettrico-di-un-condensatore — Modello elettrico di un condensatore

La qualità dell’alimentatore

L’alimentatore fondamentalmente raddrizza la corrente alternata a 50/60 Hz proveniente dalla nostra presa di casa e la trasforma in tensione e corrente continua adatta per essere utilizzata negli amplificatori audio. La forma d’onda della corrente alternata è una sinusoide, e pertanto quando ha una frequenza di 50/60 Hz è udibile come un suono molto basso. Se l’alimentatore non filtra al meglio questa frequenza la sentiremo, più o meno forte, come sottofondo musicale.

L’alimentatore è importante perchè è una riserva di energia/corrente elettrica. Abbiamo già detto che la musica è piena di suoni transistori (burst o impulsi) che utilizzano molta energia per un tempo molto breve. Per avere un suono il più fedele possibile all’originale l’alimentatore deve possedere una impedenza interna dinamica il più bassa possibile.

migliori-amplificatori-audio-grafico-andamento-impedenza-nei-condensatori — Grafico dell’impedenza dei condensatori al variare della frequenza

La banda passante

Viene definita banda passante la gamma di frequenze sonore che gli amplificatori audio riescono a riprodurre. Una banda passante compresa tra i 20 Hz e i 20 kHz è sufficiente per riprodurre i suoni musicali. Una banda passante più estesa migliora la riproduzione degli impulsi sonori. Ricordiamo che il nostro orecchio riesce a “riconoscere” ed apprezzare i suoni in una più ristretta banda sonora, a seconda dell’età e delle condizioni uditive di ogni singola persona.

migliori-amplificatori-audio-grafico-forme-onda-suono — Forma d’onda di un suono di chitarra e di un piatto crash

Il rumore residuo o di sottofondo

Possiamo definire il rumore in generale come un suono sgradevole o un ospite inatteso nel nostro programma musicale. I rumori tipici sono il residuo di alternata, che dipende dalla qualità dell’alimentatore, e il rumore bianco/termico intrinseco ai dispositivi di potenza a transistor.

Il rumore bianco può essere anche un rumore rilassante. Senti il rumore generato da un fiume di montagna !

Distorsione armonica THD

E’ un numero che indica quanto è fedele il suono generato dall’amplificatore rispetto al suono di ingresso. Si misura elettricamente facendo un confronto con un misuratore di spettro audio, che misura l’energia delle varie frequenze sonore nel campo audio. Più il numero è basso e più, teoricamente, l’amplificatore audio riproduce fedelmente la musica. Il THD varia al variare della potenza di uscita e della impedenza di uscita. Un amplificatore audio HiFi deve avere una distorsione armonica totale (Total Harmonic Distortion) minore del 1%.

Se, per esempio, iniettiamo in ingresso all’amplificatore una onda sinusoidale pura, cioè con distorsione nulla, di frequenza 1 kHz la distorsione dell’amplificatore è data dal rapporto della somma della potenza delle frequenze diverse da 1 kHz rispetto alla potenza dell’onda sinusoidale ad 1 kHz. Questo calcolo deve essere fatto con uno strumento specifico chiamato analizzatore di spettro.

Ci sono vari progetti di analizzatore di spettro fatti con la scheda a microprocessore Arduino. Attenzione ad avere una frequenza di campionamento almeno doppia rispetto alla larghezza di banda da analizzare. Nel caso della banda audio la frequenza di campionamento dell’analizzatore di spettro deve essere almeno 40 kHz. Qui trovi un buon progetto con Arduino analizzatore di spettro audio.