Amplificatori MultiChan

La possibilità di avere in un unico amplificatore un numero di canali superiore a due è una realtà consolidata, sia dal punto di vista della disponibilità sul mercato, sia per quanto riguarda le prestazioni e l’affidabilità degli apparecchi.
I vantaggi di questa tipologia di amplificatori, rispetto a quelli “classici” stereofonici a due canali, sono essenzialmente legati alla maggior versatilità d’ impiego e utilizzo, soprattutto nell’ambito dell’installazione.
Le tipiche applicazioni dove gli amplificatori trovano impiego sono, per esempio:

– Sonorizzazione di ambienti suddivisi in più zone, per cui è richiesto almeno un canale di amplificazione per ogni zona, con eventuale possibilità di far intervenire uno o più canali di riserva nel caso in cui uno si guasti o manifesti problemi, aspetto, questo, particolarmente importante nelle installazioni nelle quali il funzionamento dell’impianto d’amplificazione è coinvolto nella sicurezza (diffusione di messaggi d’allarme e toni d’allarme).

– Realizzazione di sistemi multiamplificati, nei quali è richiesto un canale di amplificazione per ogni banda di frequenze in cui l’impianto è suddiviso; per esempio un sistema stereofonico suddiviso in due bande richiede quattro canali, sei se esso è diviso in tre bande.

– Implementazione di sistemi audio-video dotati di codifica del segnale audio in più canali dedicati : subwoofer, canale centrale, canali frontali, canali posteriori ecc.


Alcuni modelli di amplificatori a più canali sono configurabili in modo tale da soddisfare le esigenze imposte dalle applicazioni sopra accennate, essendo dotati di opportuni dispositivi come i filtri passa-basso e passa-alto (cross-over), altri offrono la possibilità di essere connessi fra loro per mezzo di opportuni “link”, o la possibilità di essere controllati e monitorati remotamente attraverso una rete dati gestita da personal computer. Il controllo remoto a volte si limita alla regolazione del volume per mezzo di un segnale 0 ÷ 10 Volt da applicare per mezzo di potenziometri installati su cosiddetti “wall plate”, vale a dire pannelli di controllo.
In alcuni modelli è possibile collegare a ponte le coppie di canali, al fine di aumentare la potenza erogabile.
Le figure illustrano alcuni esempi d’utilizzo e di possibili configurazioni per amplificatori a quattro canali.


Come sono fatti

Dal punto di vista costruttivo e progettuale i modelli provati si possono distinguere fondamentalmente in due categorie, quelli che impiegano circuiti con tecnologie di più recente introduzione, con particolare riferimento alle tecniche di tipo “switching”, e quelli che, pur beneficiando dei miglioramenti e delle evoluzioni della componentistica e della tecnica di produzione e collaudo, fanno uso di configurazioni circuitali classiche.
Si parla, per quanto riguarda gli stadi finali di potenza, di classe di funzionamento. Se i dispositivi (transistor o mosfet) funzionano nella zona lineare della loro caratteristica, e la frequenza del segnale è pari a quella del segnale da amplificare, si fa riferimento alla cosiddetta classe AB. Se i componenti attivi dello stadio finale sono fatti lavorare come interruttori, con successive aperture e chiusure a frequenza di almeno un ordine di grandezza superiore a quella del segnale audio, si fa riferimento a classi di funzionamento che assumono nomi differenti a secondo di alcune caratteristiche che possono variare da costruttore a costruttore. I nomi tipici sono classe D, classe T, classe TD ecc. Tutte hanno il vantaggio, rispetto alla classe AB, di un maggior rendimento energetico, con conseguente risparmio nel consumo e con minore peso, infatti è possibile impiegare trasformatori di alimentazione e dissipatori di calore più piccoli e quindi più leggeri, rispetto a quelli che si utilizzano con gli amplificatori in classe AB.
Discorso analogo vale per i circuiti di alimentazione: possono essere di tipo “switching”, funzionanti ad alta frequenza, oppure lineari, funzionanti alla frequenza della rete elettrica. I primi hanno un rendimento più elevato e fanno uso di trasformatori più piccoli e leggeri.
Per contro le tecniche “switching” richiedono circuiti più complessi e conseguentemente più costosi, sia dal punto di vista dello sviluppo e della progettazione, sia per quanto riguarda i componenti e la produzione.
Dal punto di vista del collegamento con i sistemi d’altoparlanti, gli amplificatori hanno in genere un’uscita per carichi a bassa impedenza (valore minimo tipico 4 Ohm, alcuni possono scendere a 2 Ohm). Se l’installazione richiede l’uscita ad alta tensione (impropriamente detta “tensione costante”), a 70 oppure 100 Volt, bisogna dotare gli amplificatori di opportuni trasformatori audio (noti anche come traslatori). Alcuni costruttori offrono la possibilità di avere i traslatori montati in opportuni contenitori per montaggio a rack; si tratta di fatto di apparecchi da abbinare agli amplificatori per renderli compatibili con le linee d’altoparlanti a 70 o 100 Volt.
Vi sono amplificatori che prevedono sia l’uscita a bassa impedenza, sia l’uscita per linee traslate.

I test strumentali cui possono essere sottoposti

Testare un amplificatore audio è, da un certo punto di vista, una cosa relativamente semplice, ma può presentare aspetti di difficile interpretazione. La difficoltà maggiore risiede nella corretta lettura dei risultati e la loro correlazione con i parametri con cui si vuole, valutare la qualità dell’amplificatore.
Una considerazione generale che si può fare a proposito dei parametri di valutazione riguarda il rispetto dei dati dichiarati dal costruttore. Si può tranquillamente affermare che se un costruttore dichiara il valore di un dato parametro, misurato in determinate condizioni, il valore effettivo rispetta quello dichiarato, a meno di una eventuale tolleranza che solitamente non supera il 10%.
Possiamo ritenere vera quest’ affermazione, quantomeno per i parametri di maggiore interesse nell’ambito dell’installazione.
Consideriamo per esempio il dato della potenza continua (vale a dire in regime sinusoidale) erogata sul carico, fissate che siano determinate condizioni (uno solo o tutti i canali in funzione, valore dell’impedenza di carico, frequenza del segnale), come possiamo definire il valore massimo di potenza che l’amplificatore può fornire per ogni canale?
Una delle assunzioni tipiche prescrive di misurare la tensione in uscita al raggiungimento dell’1% di distorsione armonica totale e calcolare in base a esso, e al valore dell’impedenza di carico, il dato di potenza.
Il problema che in tal senso s’incontra negli amplificatori attuali, è legato alla presenza di circuiti limitatori (detti “anticlipping”), che impediscono di fatto alla tensione di uscita di raggiungere il famigerato valore di 1% della distorsione, anzi in molti casi, pur pilotando l’amplificatore con segnali in ingresso molto al di sopra del dato di sensibilità, con il volume al massimo, la distorsione non supera mai lo 0,1 – 0, 2 %. È allora lecito assumere come potenza quella corrispondente alla massima tensione in uscita consentita dal dispositivo anticlipping.
In queste condizioni, oltre alla misura il tasso di distorsione totale alla frequenza di 1 kHz, è possibile effettuare l’analisi FFT del segnale di uscita, cioè la misura dell’ampiezza delle armoniche di ordine superiore generate che si trovano a frequenze multiple intere della frequenza fondamentale di prova (tipicamente 1 kHz). Questo tipo di analisi dà un’idea del comportamento dell’amplificatore in condizioni di massimo livello di segnale di uscita, in particolare su quanto possa essere udibile, e in che modo, la distorsione generata. E’ oramai un assunto consolidato considerare più gradevole all’orecchio una distorsione prevalentemente concentrata nella seconda armonica e, in generale, uno spettro in cui l’ampiezza delle armoniche decade regolarmente al salire della frequenza. In effetti, questo assunto ha senso solo quando la distorsione assume valori piuttosto elevati, almeno qualche percento, cosa che, per quanto appena detto circa i circuiti limitatori, in certi amplificatori attuali, non avviene praticamente mai. Si potrebbe, in tal senso, discutere su quale effetto possano avere, in sede di ascolto, l’intervento dei circuiti di limitazione, ma qui dovremmo aprire un’altra parentesi che riguarda più aspetti soggettivi dell’ascolto che non parametri oggettivi.

Altre misure indicative sono:

– Risposta in frequenza in banda udibile (20 Hz – 20 kHz) alla potenza di 1 Watt su 8 Ohm. Nel caso in cui l’amplificatore preveda l’inserzione di filtri passa-basso o passa-alto, se ne valuta la risposta in frequenza, nelle stesse condizioni con i filtri inseriti.

– Valutazione degli estremi banda effettivi, cioè i valori di frequenza in corrispondenza dei quali il valore del segnale si abbassa di 3 Decibel rispetto al valore di centro banda.
Per quanto riguarda le valutazioni della risposta in frequenza può essere indicativa la valutazione in presenza di un traslatore per l’uscita a 70 Volt o 100 Volt, che da questo punto di vista è solitamente un elemento abbastanza critico.

– Dato di sensibilità, in altre parole il valore di tensione efficace (RMS) che occorre dare in ingresso all’amplificatore affinché esso eroghi la massima potenza. Il risultato del test è ovviamente influenzato dalla posizione della manopola del volume o dal controllo remoto del livello.
Il valore tipico di sensibilità si attesta intorno agli 0 dbV, corrispondenti a 1 Vrms.

– Dato di accettazione in ingresso, vale a dire l’ampiezza di segnale in che provocherebbe la saturazione dello stadio d’ingresso, con conseguente distorsione. Il condizionale è d’obbligo poichè gli amplificatori attuali garantiscono un livello massimo dell’ordine di 4-5 Vrms efficaci (12-14 dBV). Il dato è tale da consentire un funzionamento corretto anche con segnali molto superiori al valore di sensibilità (se poi qualcuno decide di dare in ingresso all’amplificatore un segnale di 10 Volt, tenendo la manopola del volume ruotata appena di uno o due gradi, sappia che non sta operando nel migliore dei modi ).

– Fattore di smorzamento (Dumping Factor). Esprime il rapporto fra il valore dell’impedenza di carico e l’impedenza d’uscita dell’amplificatore, a una certa frequenza. Il più delle volte il valore è misurato alla frequenza di 1 kHz, ma avrebbe più senso misurarlo a 100Hz o a frequenze ancora più basse. Infatti, questo parametro è indice della capacità di controllo, da parte dell’amplificatore, nei confronti degli altoparlanti per le basse frequenze (woofer e subwoofer). Può essere interessante in tal senso un confronto fra gli amplificatori con stadio finale lineare (classe AB) e quelli funzionanti in tecnica “switching” (classe D e assimilate).

– Diafonia (cross-talk). Esprime in rapporto fra il livello presente all’uscita di un canale al cui ingresso è stato applicato del segnale, e l’uscita di un canale al quale non è applicato segnale in ingresso. Indica in sostanza la separazione fra i diversi canali dell’amplificatore. A livello d’installazione non è un parametro di particolare rilevanza.

– Slew Rate. È la massima velocità di variazione dell’ampiezza del segnale nel tempo che l’amplificatore è in grado di trattare senza introdurre distorsione. Si esprime in V/µs (Volt al microsecondo). Per avere un riferimento fate conto che un segnale d’ampiezza 10 Volt e frequenza 20kHz, ha uno slew rate massimo di circa 1.25 V/µs.


Le protezioni, la sicurezza d’uso, l’immunità ai disturbi

Gli amplificatori da installazione devono essere dotati di opportuni dispositivi che ne salvaguardino l’integrità e il corretto funzionamento, almeno entro certi limiti, in condizioni anomale rispetto a quelle prescritte.
Le tipiche protezioni di cui sono dotati gli amplificatori intervengono nei seguenti casi:

– Sovraccarico in uscita, vale a dire valore dell’impedenza di carico inferiore a quella minima prevista. Il caso estremo è il cortocircuito fra i terminali d’uscita. In casi come questo l’erogazione della corrente da parte dell’amplificatore supera i limiti fissati dal costruttore per cui i dispositivi di protezione intervengono per riportare entro questi limiti i valori di corrente.

– Raggiungimento di temperatura di funzionamento troppo elevata, dovute a cause ambientali o a non corretto posizionamento dell’amplificatore, oppure a sovraccarico in uscita per lungo tempo. Le protezioni devono intervenire al fine di mantenere la temperatura di funzionamento entro limiti accettabili. Se le condizioni sono tali per cui non sia possibile mantenere in funzione l’amplificatore a una temperatura accettabile, ci può essere come intervento estremo lo spegnimento o la messa in stand-by dell’apparecchio.

– Sovratensioni nella rete elettrica che potrebbero danneggiare i circuiti d’alimentazione. I dispositivi di protezione devono salvaguardare l’amplificatore da danni permanenti dovuti a repentini salti della tensione d’alimentazione, con raggiungimento di valori che superano i limiti di tolleranza garantiti dal gestore che distribuisce l’energia elettrica.
Se l’anomalia permane per un tempo troppo lungo e con valori molto sopra i massimi consentiti, la conseguenza estrema è il distacco dell’apparecchio dalla rete elettrica (tipicamente s’interrompe il fusibile principale posto in serie alla linea d’alimentazione).

– Presenza di tensione continua in uscita o di segnali a frequenza troppo bassa (sub-sonici), o troppo alta (radiofrequenza). In tutti questi casi gli altoparlanti potrebbero essere danneggiati per cui la protezione prevede il distacco dell’uscita dell’amplificatore dal sistema d’altoparlanti.

– Ampiezza del segnale d’ingresso molto sopra il valore di sensibilità, con conseguente elevata distorsione del segnale d’uscita ed eventuale sovraccarico. In questo caso i dispositivi di protezione limitano opportunamente l’ampiezza del segnale, prevenendo il cosiddetto “clipping”, evitando elevati tassi di distorsione armonica (che potrebbero danneggiare gli altoparlanti) e sovraccarichi in uscita.

Per quanto riguarda la sicurezza vi sono fondamentalmente due aspetti rilevanti. Il primo riguarda la messa a terra, che deve essere sempre e comunque garantita poichè gli amplificatori appartengono ad una classe di apparecchi per i quali il collegamento di terra è obbligatorio. In sede d’installazione è quindi sempre opportuno verificare che l’impianto elettrico garantisca un efficace collegamento, misurando, se possibile, il valore di resistenza verso terra.
Il secondo aspetto riguarda eventuali scosse elettriche cui si può essere soggetti toccando inavvertitamente i terminali d’uscita, o la linea d’altoparlanti cui è collegata, soprattutto per sistemi che funzionano a 100 Volt. Bisogna garantire che i morsetti d’uscita siano bene isolati e protetti da contatti accidentali.

Per quanto riguarda l’immunità ai disturbi, gli amplificatori devono garantire il rispetto delle normative, in particolare per i disturbi provenienti dalla rete elettrica. Infatti, spesso gli impianti nei quali gli amplificatori sono inseriti, prendono l’alimentazione da linee elettriche cui sono collegati una quantità di altri dispositivi che generano segnali di diversa forma e frequenza. Questi segnali spuri non devono ovviamente essere udibili o alterare la qualità del segnale audio.

Luca Comi
NRG30 Network

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