Amplificatori Archivi - National Moon Lab

Eravamo rimasti con il dover misurare la potenza massima erogata del nostro amplificatore Bryston 3B per poterne poi calcolarne la potenza consumata.

Per fare ciò, useremo l’unica unità di misura tecnicamente accettabile per fare confronti: la Potenza Continua in Regime Sinusoidale o R.M.S.

Per eseguire questa misura ci occorrono alcuni strumenti: un generatore di bassa frequenza, un carico fittizio da 8 ohm, un oscilloscopio e una pinza amperometrica.

Tutti questi strumenti vengono collegati come nella figura sottostante.

(Per semplificare ho disegnato lo schema come se si fosse un canale solo, ma nella pratica li ho collegati entrambi).

La pinza amperometrica, serve a misurare la corrente assorbita dall’amplificatore dalla linea elettrica; il generatore crea un segnale di prova sinusoidale a frequenza fissa ( 1Khz), ma di ampiezza variabile. Il carico fittizio serve per dare all’amplificatore un carico puramente resistivo di valore costante ( 8 ohm) che non cambi al variare dell’ampiezza del segnale. L’oscilloscopio permette invece di vedere la forma d’onda di uscita per capire quando l’amplificatore si satura e inizia a distorcere, oltre che misurarne il valore R.M.S.

Per calcolare poi la potenza assorbita userò la formula: P = I x V

dove P è la potenza, I è la corrente misurata dalla pinza amperometrica e V sono la tensione della linea elettrica (230V).

Invece per calcolare la potenza in uscita devo prima trovare il valore della corrente che viene mandata al carico; quindi userò la legge di Ohm: I = V/R; dove I è la corrente che esce dall’amplificatore, V è la tensione misurata dell’oscilloscopio e R e il valore di resistenza del carico fittizio.

Trovata la corrente potrò anche in questo caso calcolare la potenza con la stessa formula di prima.

Prima di collegare gli strumenti, apro l’amplificatore per dargli una pulita e verificare che sia in ordine.

L’interno è ingegnerizzato molto bene: i circuiti dei due canali sono completamente separati.

Ogni canale, ha il suo alimentatore, il suo circuito di ingresso e stadio finale separati dall’altro.

L’unica cosa in comune sono le masse riferite nello stesso punto e messe a terra; in pratica è come avere due amplificatori elettricamente distinti, ma inseriti nello stesso contenitore.

Collegati tutti gli strumenti, li accendo e aspetto qualche minuto che l’amplificatore vada in temperatura.

Dopo 5 minuti mi accorgo che c’è qualcosa che non funziona: il canale destro scalda in modo anomalo,

l’aletta di raffreddamento è bollente e in più, al posto della sinusoide è presente solo una distorsione in uscita.

Spento il tutto inizio a indagare sul guasto.

Dopo un certo tempo mi rendo conto che ci sono i transistor finali in dispersione; una volta sostituiti, posso nuovamente passare alle misure.

Per prima cosa misuro quanto assorbe la macchina “a vuoto” cioè senza alcun segnale in ingresso.

Per fare questo, collego solo l’alimentazione e la pinza amperometrica; metto in cortocircuito entrambi gli ingressi e accendo il tutto.

La pinza amperometrica misura 210 mA

Se calcolo la potenza:

P = V . I = 230 . 0,210 = 48,3W ≈ 50W

In pratica, l’amplificatore solo perché è acceso assorbe 50W dalla rete elettrica.

Inserito il segnale di prova, ne aumento il valore fino a quando la sinusoide in uscita arriva a 20V

Essendo che:

I = V/R = 20/8= 2,5 A

Quindi : P= V.I = 20 . 2,5 = 50W

Sono 50W erogati in uscita, ma dalla line elettrica quanto assorbe?

In ingresso abbiamo 1,6 A, e rifacendo il calcolo portano a ≈368 watt.

Salendo ancora con il segnale in ingresso, arrivo al clipping con 33,2V in uscita.

Tornando un po’ indietro vedo che il limite massimo è di 30,3V, che corrispondono a ≈115W che vanno al carico; Invece in ingresso, il calcolo porta a circa 420W assorbiti.

Per curiosità, riporto l’uscita in clipping a 33V e rifaccio le misure e i calcoli.

In questa fase l’apparecchio assorbe ≈460W e ne eroga ≈150 sul carico.

Ovviamente non questa situazione non si può usare, data l’elevata distorsione dei segnali.

Dalle misure emerge che in realtà la potenza effettiva che l’apparecchio può erogare è di poco superiore ai 115W a canale a fronte di 420W assorbiti e i 1500 dichiarati sulla targhetta.

Può sembrare poco, ma la resa del circuito (30%) è assolutamente il linea con questo tipo di configurazione circuitale.

Ps. In questa trattazione ho volutamente tralasciato alcuni aspetti,( come il cosα) per semplificare l’argomento e poterlo rendere comprensibile a tutti. Non me ne vogliate a male, ma non volevo scrivere un trattato di elettrotecnica.

BRYSTON: MA CHE POTENZA?

(prima parte)

Alle sue origini, Bryston era una fabbrica Canadese per la produzione di apparecchiature elettromedicali, finché, nel 1968, non venne acquistata da un ingegnere della NASA e appassionato di alta fedeltà, John Russell. Per diversificare la produzione, John decide di produrre apparecchiature sia per il settore Hi-Fi, che professionale. Nel giro di pochi anni, il marchio Bryston divenne, sinonimo di affidabilità e robustezza, oltre a essere apprezzato per le ottime prestazioni musicali dei suoi apparecchi.

Un cliente mi consegna un Bryston 3B accompagnandolo con una richiesta particolare:

Vuole sapere quanto consuma esattamente. Il cliente vuole ridurre i consumi del suo studio sostituendo il suo amplificatore con uno meno potente, ma non riesce a capire quanta potenza assorba perché sulla targhetta posteriore è solo scritto 1500 V/A.

L’argomento della potenza, nel mondo musicale, è un argomento molto delicato, in quanto

è da sempre in atto una “guerra” tra i produttori per poter avere macchine sempre più potenti (almeno sulla carta). Tutto questo ha favorito la nascita di tutta una serie di sigle per aumentare in via artificiosa i watt scritti sugli amplificatori, in modo da poter attirare più clienti.

Cerchiamo di fare un po’ di chiarezza sulle grandezze elettriche più comuni che si trovano sulle etichette degli apparecchi:

Potenza Continua in Regime Sinusoidale ( Sine Wawe Continuos Power o R.M.S)

Il modo più rigoroso e tecnicamente l’unico accettabile, per poter confrontare apparecchi diversi è quello di utilizzare la Potenza Di Uscita Continua a Regime Sinusoidale.

Questo valore si ricava dal valore quadratico medio della tensione ai capi di un carico e dal valore del carico stesso. Semplificando: questo è il valore di energia elettrica che un amplificatore è in grado di fornire a un carico puramente resistivo a tempo indefinito; cioè, senza che esso si surriscaldi e che la distorsione non superi il 2%.

Quindi, un amplificatore che fosse in grado di fornire 200W continui ma con il 5% di distorsione e 100W continui ma con 1% di distorsione dovrebbe dichiarare 100W sui suoi dati di targa.

Potenza Musicale

Un altro valore che viene molto utilizzato è la potenza musicale.

Per capire cosa è, bisogna innanzi tutto fare una premessa: Molti amplificatori sono limitati nella loro massima potenza di uscita non nella sezione di amplificazione, ma nel loro alimentatore, che si “siede” oltre a un certo valore di corrente richiesto.

Se potessimo staccare l’alimentatore interno e collegassimo la sezione amplificatrice ad un alimentatore in grado di fornire una corrente illimitata e avessimo la possibilità di raffreddare i suoi semiconduttori perché non si scaldino mai; scopriremmo che la massima potenza in uscita (a parità di circuito elettronico) e sensibilmente maggiore di quella erogata con il solo alimentatore interno.

Questa è la Potenza musicale.

A prima vista, sembra inutile costruire un amplificatore in grado di erogare 100W, se poi il suo alimentatore non è in grado di fargliene fare, in modo continuativo, più di 50 o 70.

In realtà bisogna fare alcune considerazioni: Il segnale musicale che arriva nei nostri amplificatori è caratterizzato da una potenza media costante, e solo in certi momenti, (corrispondenti ai transitori di attacco delle note degli strumenti) la potenza richiesta raggiunge valori molto elevati.

Per far fronte a queste brevi richieste di potenza è sufficiente che:

L’elettronica della sezione amplificatrice sia in grado di erogarla; cioè non saturi e non distorca.
Che l’alimentatore abbia delle riserve di energia (condensatori elettrolitici) che si caricano quando la richiesta di potenza è piccola e che siano in grado di rilasciarla durante i transitori.

Bisogna, anche valutare che, la durata e la frequenza con cui si presentano i transitori, non si possono prevedere a priori e quindi, non si può calcolare di quanta scorta di energia sia necessaria per l’amplificatore

Inoltre e molto complicato fare delle misure di questo fenomeno in quanto, il blocco di amplificazione, durante i transienti, viene ad essere alimentato in regime di scarica capacitiva e non a tensione costante e questo provoca distorsioni nel segnale riprodotto. Non si può quindi sapere per quale intervallo di tempo massimo una amplificatore sia in grado di erogare la potenza musicale e con quale distorsione.

Tutte queste cose vengono valutate caso per caso dai progettisti dei singoli marchi, che adottano diverse soluzioni circuitali per i loro prodotti.

Per queste ragioni la potenza musicale è un valore da prendere con cautela, perché non permette confronti di potenza obbiettivi tra apparecchi diversi; perché non c’è alcun legame diretto tra la potenza continua e quella musicale tranne che la seconda è superiore alla prima.

Potenza di Picco

La potenza di picco è la potenza istantanea massima (non in un breve intervallo di tempo, ma quello che in Fisica si definisce “un istante”), che si ottiene facendo il prodotto della tensione di picco della sinusoide per la corrente di picco, supponendo che esse, siano in fase.

Questo dato è assolutamente privo di utilità pratica, in quanto, il valore di un “istante” è troppo breve per essere significativo.

Per questo motivo, il valore di picco non permette il confronto tra macchine diverse, perché due distinti amplificatori potrebbero avere potenze di picco molto differenti ma una potenza media uguale.

In sostanza la potenza di picco è solo un artificio per poter scrivere sulla targhetta un valore che è il doppio della potenza R.M.S.; ci sono poi anche delle aziende che calcolano la potenza di picco non, sulla potenza a regime continuo, ma sulla potenza musicale.

Anche in questo caso le cifre raddoppiano in maniera artificiale.

Potenza Assorbita (V/A)

La potenza assorbita, è la Potenza Apparente ( in un sistema Alternato) che l’amplificatore preleva dalla linea elettrica per poter funzionare. Tale potenza è molto superiore a quella che é effettivamente erogata da una macchina alle casse in quanto solo una parte dell’energia che viene assorbita viene poi usata nella sezione amplificatrice; una grossa parte viene persa in calore, perdite elettromagnetiche, circuiti ausiliari,ecc ecc. Per misurarla si sommano facendone il Modulo delle potenza attiva (quella effettivamente usata) e reattiva ( quella non usata).

Questi sono i principali grandezze scritte sulle etichette degli amplificatori audio, di qualunque tipo siano.

Bisogna quindi fare molta attenzione alle unità di misura , perché può accadere che: un amplificatore

In grado di assorbire solo 50W di potenza R.M.S venga dichiarato da 500W per il semplice ragionamento: 50W R.M.S. quindi 100W musicali, 200w di picco e 500W assorbiti.

Fatta un po’ di chiarezza, possiamo vedere che sul Bryston è segnato il valore di 1500 V/A, si tratta quindi dell’energia assorbita dalla rete elettrica quando l’amplificatore eroga la sua massima potenza.

Si ma quale potenza? R.M.S.? Musicale? O di picco? E chi può saperlo…

L’unico modo di sapere quanto consuma il nostro amico Canadese è quello di misurare la corrente assorbita dalla linea elettrica mentre lavora alla sua massima potenza R.M.S, e da questo valore, calcolare la potenza assorbita (sempre R.M.S.)

Ma questo lo vedremo nella seconda parte di questo post.