Come scegliere amplificatore e cavi di potenza per i diffusori acustici Opera e Unison

 

di Mario Bon

16 gennaio 2012

(rivisto l’ 11 maggio 2017)

Paragrafi di questo capitolo:

Amplificatore ideale

Tipi di amplificatore

Scegliere l’amplificatore

Integrato o pre e finale?

Pre attivi e passivi

Gli ingressi

Pre Phono (per il giradischi)

La potenza

Scegliere il cavo

Cavi Litz

Banane, forcelle e terminazioni varie

Cavi e fattore di smorzamento

Altre cose…

 

Di norma si scelgono prima i diffusori acustici e poi l’amplificatore adatto per pilotarli. Con i diffusori Opera la cosa è particolarmente semplice perché tutti i diffusori Opera rispettano la normativa DIN 45500 e possono essere pilotati da qualsiasi amplificatore in grado di pilotare un carico di 4 ohm nominali. Resta da decidere la potenza necessaria.

 

 

Amplificatore Ideale

 

La funzione dell’amplificatore è aumentare la potenza del segnale che proviene dalla sorgente (lettore CD, Giradischi, ecc.). Il comportamento dell’amplificatore ideale è del tutto indipendente dal carico collegato alla sua uscita. In particolare la potenza erogata dall’amplificatore ideale raddoppia per ogni dimezzamento del carico:

 

Carico

Potenza

Massima Corrente di picco erogata

 

8 Ohm

100 Watt

5 Ampere

Diffusori acustici a norma

4 Ohm

200 Watt

10 Ampere

2 Ohm

400 Watt

20 Ampere

Diffusori acustici non a norma

1 Ohm

800 Watt

40 Ampere

0.5 Ohm

1600 Watt

80 Ampere

 

Amplificatori con un comportamento prossimo all’ideale esistono. Ma servono?  Per fortuna molto raramente e non con i diffusori Opera e Unison (ma solo con i diffusori non a norma).

 

 

Tipi di amplificatore

 

Esistono sostanzialmente tre tipi di amplificatore (a seconda dei dispositivi utilizzati)

 

A valvole

Basato sull’uso delle valvole

A stato solido

Basato sull’uso di MOSFET o transistors

Ibrido

Che utilizza sia valvole che transistors

 

Spesso si sente anche parlare di classe A, B ,AB, D… La classe di un amplificatore si riferisce a come sono polarizzati gli stadi di guadagno in corrente (gli stadi di uscita):

 

Classe B

Non sono adatti all’Alta Fedeltà: soffrono di “distorsione di incrocio)

Classe A

I dispositivi di uscita sono sempre accesi: consumano molto ma sono potenzialmente i migliori come qualità. Non possono però erogare grandi potenze a causa del forte riscaldamento. Tipicamente a Valvole. L’efficienza è bassa.

Classe AB

Funzionano in classe A per i segnali non troppo grandi quindi passano in classe B. Richiedono un minimo di retroazione ma possono erogare grandi potenze con un ottimo livello qualitativo (tipicamente stato solido e ibridi ma anche valvole)

Classe D

Sono gli amplificatori “digitali”. Il loro livello qualitativo è cresciuto negli anni ma non è facile che raggiungano gli standard dei migliori amplificatori per HiFi. Sono molto leggeri e molto efficienti, scaldano pochissimo ed erogano grandi potenze. Per queste qualità, e per il costo contenuto, sono molto usati in campo professionale. Vengono usati nei sub-woofer amplificati e nei diffusori attivi.

Classe G

Particolari amplificatori a stato solido dove la tensione di alimentazione viene aumentata in corrispondenza dei “grandi segnali”. Questa tipologia è adatta per erogare grandi potenze (utilizzati per applicazioni professionali)..

 

Evidenziata in giallo la classe AB che è la più utilizzata.

 

Scegliere l’amplificatore

 

Così come esistono automobili adatte alla strada, alla pista o allo sterrato, esistono amplificatori adatti a carichi diversi. Il carico, per l’amplificatore, è il diffusore acustico.  Ne segue che, dato un certo diffusore acustico con certe caratteristiche, si deve scegliere l’amplificatore adatto par pilotarlo. Per l’amplificatore quello che conta è l’impedenza elettrica del carico. Più il carico (impedenza del diffusore) è basso e tanta più corrente deve uscire dall’amplificatore.  In linea di principio:

 

Tipo di diffusore

Commento

Carico

Alta sensibilità

Alta impedenza

Suonano “forte” con pochi Watt e qualsiasi amplificatore

Molto facile

Alta sensibilità

bassa impedenza

Suonano “forte” ma richiede amplificatori potenti

 “normale”

Bassa sensibilità

Alta impedenza

Suonano “piano” richiede molta potenza

Bassa sensibilità

Bassa impedenza

Suonano “piano” richiede molta potenza e anche elevata capacità di erogare corrente

Molto difficile

 

È evidente che, per lamplificatore, siano preferibili i diffusori ad alta sensibilità ed alta impedenza. Questo tipo di diffusore però deve avere dimensioni importanti (anche centinaia di  litri) e non è adatto a tutti gli ambienti. Se possibile è meglio evitare i diffusori a bassa sensibilità e bassa impedenza perché richiedono amplificatori particolari.

Per quanto riguarda i diffusori Opera e Unison, la scelta dell’amplificatore è piuttosto semplice perché essi rispettano la norma DIN 45500 per l’impedenza elettrica. Questo significa che la minima impedenza dei diffusori Opera e Unison non scende sotto 3.2 Ohm in modulo (e anche l’andamento dell’impedenza con la frequenza viene mantenuta il più regolare possibile per contenere le rotazioni di fase).

Ne segue che i diffusori Opera e Unison non rappresentano un carico difficile per qualsiasi amplificatore in grado di pilotare diffusori da 4 Ohm nominali.

Quello che si richiede all’amplificatore sono sostanzialmente due cose:

 

-          un fattore di smorzamento (ampli+cavo) a partire da 20 in su (su 8 ohm)

-          adeguata potenza in funzione della sensibilità del diffusore e dell’ambiente da sonorizzare.

 

Si possono utilizzare amplificatori allo stato solido, a valvole o ibridi. Si possono usare anche amplificatori in classe D purché la risposta in frequenza non risulti dipendente dal carico.

 

Integrato o pre e finale?

 

Un amplificatore integrato contiene al suo interno:

 

-          il preamplificatore (con il controllo di volume, il selettore degli ingressi e altri comandi)

-          il finale di potenza

 

Esistono amplificatori integrati da pochi Watt fino a 1000 Watt e oltre. L’amplificatore integrato è più comodo e compatto: in un unico contenitore c’è tutto quello che serve.

Sul mercato si trovano anche preamplificatori e finali di potenza separati. Il preamplificatore è sempre stereofonico. Un finale di potenza può essere stereofonico o monofonico (nel qual caso ne servono due).

Anche i finali di potenza si trovano con potenze che vanno da qualche Watt a oltre 1000 Watt. La soluzione separata, in genere, è economicamente più impegnativa e composta da due o tre componenti (quindi occupa più spazio).  Non esiste, in linea di principio, una differenza qualitativa tra un ampli integrato e un pre+finale separati. Ci sono ottimi integrati che suonano meglio di pessimo finali (e viceversa). Esistono anche amplificatori integrati (detti Dual Mono) che, avendo le alimentazioni separate ed indipendenti per ciascun canale, equivalgono ad una coppia di finali di potenza.

 

Pre attivi e passivi

 

I finali di potenza devono essere attvi (cioè alimentati dalla rete elettrica) per forza di cose: devono aumentare la potenza del segnale e tale potenza da qualche parte la devono prendere.

I preamplificatori, invece, possono essere:

 

-          attivi (cioè alimentati)

-          passivi (non alimentati)

 

Quali sono i migliori? Difficile dare una risposta perché dipende dalla realizzazione. Quello che si può senza dubbio consigliare, per evitare sorprese, è di acquistare un pre passivo ed un amplificatore finale di potenza della stessa marca (in modo da evitare problemi di mutio accoppiamento).

Gli amplificatori Unico 90 e 150 cono amplificatori integrati che, al loro interno, hanno un preamplificatore passivo. Quindi il corretto funzionamento è garantito.

 

 

Gli ingressi

 

Gli amplificatori moderni hanno degli ingressi (detti ad alto livello) adatti a ricevere i segnali prodotti da lettori CD, Tuner, ecc. (alcuni ingressi si chiamno AUX che significa “ausiliario” che equivale all’ingresso CD). Alcuni hanno anche l’ingresso per il giradischi. Questi ingessi accettani segnali con ampiezza nell’ordine dei Volt.

Gli amplificatori “vintage” (in sostanza quelli prodotti prima dell’introduzione del CD) avevano infressi con una sensibilità 10 volte superiore. Questo significa che, quando si collega un lettore CD all’ingresso AUX di un amplificatore o preamplificatore “vecchio” si possono trovare delle difficoltà. In sostanza basta girare pochissimo la manooala del volume per raggiungere la potenza massima (cosa molto scomoda) e, nei casi peggiori, l’ingresso satura e distorce.

Gli ampli vintage hanno il loro fascino ma posso dare qualche problema. Meglio saperlo prima.

 

 

Pre Phono (per il giradischi)

 

Se si intende usare un giradischi sarà necessario verificare se l’amplificatore integrato lo prevede (come dotazione o come optional) oppure acquistarne uno separato.

 

La potenza

 

Senza entrare in dettagli e tecnicismi diciamo che con un sistema di altoparlanti con sensibilità di circa 90 dB e un amplificatore da 100 Watt si ottiene un livello sonoro più che adeguato in un ambiente da 20-30 metri quadri. A seconda delle proprie abitudini e del genere di musica preferita i valori indicati possono cambiare anche di molto. Per un ascolto “rilassante” possono bastare una trentina di Watt  mentre, con diffusori meno sensibili, possono essere necessarie diverse centinaia di Watt. Una parola a parte va spesa per gli amplificatori a valvole. Le valvole, per loro natura e caratteristica, esprimono una potenza che appare ben superiore al dato di targa. Questo significa che, anche dipendendo dal programma musicale, un amplificatore a valvole da 10 Watt sembra comportansi (suonare altrettanto forte) di un amplificatore a stato solido da 20 o anche da 40 Watt (quindi due o anche quattro volte più potente). Per contro gli amplificatori a valvole vanno sempre ascoltati collegato ai propri diffusori perché ciascun amplificatore a valvole “cambia” la qualità della riproduzione a seconda dei diffusori acustici che gli vengono collegati.

Chi si avvicina all’ Alta Fedeltà per la prima dovrebbe acquistare un amplificatore allo stato solido.

 

Scegliere il cavo

 

In linea di principio tutti i cavi dovrebbero essere schermati (anche quelli dei diffusori acustici) e tutti i cavi di segnale dovrebbero essere bilanciati.

La qualità di un cavo è determinata:

 

dalla velocità di propagazione del segnale

deve essere la più alta possibile (maggiore di 0.65c) ed è a sua volta determinata dalla qualità del dielettrico e dalla geometria e cordatura.

dalle perdite

Sostanzialmente dalla componente resistiva (anche nei cavi di segnale)

dalla purezza del conduttore

(serve per rendere il cavo flessibile)

Argento puro

Rame OFC (argentato o stagnato)

Alluminio puro

dalla schermatura

Singola, doppia, tripla o quadrupla deve comunque essere del 100% (normalmente v dal 60 al 95%)

dal dielettrico

Polipropilene (PP), polietilene (PE), teflon, kevral.

I cavi con dielettrico in PVC e PVDF non devono essere utilizzati.

 

Nota: il rame OFC è solo leggermente più conduttivo del rame elettrolitico. Il rame OFC consente però di ottenere trefoli più sottili con i quali si può realizzare un cavo più flessibile.

 

Affinché la velocità di propagazione sia elevata, la capacità e l’induttanza parassite del cavo devono essere entrambe molto basse. Ne segue che un cavo con alta velocità di propagazione presenta bassa capacità e bassa induttanza ed è quindi da preferire. Alcuni cavi consentono velocità di propagazione prossime al 92% della velocità della luce.  I cavi a bassa impedenza sono “lenti” e prevalentemente capacitivi.

I cavi caratterizzati da un verso privilegiato di percorrenza o che richiedono un periodo di “rodaggio” non sono adatti per collegare dispositivi Unison e Opera. 

 

La sezione dei cavi viene spesso specificata con riferimento allo standard americano AWG. La sezione si deve riferire al singolo conduttore: un cavo AWG 10 è costituito da due fili AWG 10 (ogni filo ha un diametro di circa 2.5 mm). Secondo la convenzione AWG:

 

i numeri più piccoli corrispondono alle sezioni maggiori

un AWG 6 è "migliore" di un AWG 10

Nel passare da un numero AWG al successivo (o precedente) la sezione diminuisce (o aumenta) del 26% circa

Diminuendo di 3 numeri (per esempio da AWG 13 a 10) la sezione raddoppia e la resistenza si dimezza.

 

Un cavo di potenza per diffusori acustici è costituito da due conduttori (per convenzione uno rosso di andata e uno nero di ritorno) quindi la resistenza del cavo va calcolata su una lunghezza doppia: 2.5 metri di cavo sono in realtà cinque metri di conduttore (2.5 in andata e 2.5 in ritorno). In Italia viene specifico il numero ed il diametro dei conduttori: per esempio 2x2.5 significa due conduttori da 2.5 mm di diametro (avvero AWG 10). A scanso di equivoci e sempre opportuno chiarire se le dimensioni dei cavi che acquistiamo riguardano il diametro o la sezione.

Un altro suggerimento: se un cavo costa decine di euro al metro è già abbastanza costoso e quindi si deve pretendere di conoscere, oltre a sezione e lunghezza, anche la capacità e l’induttanza per metro, la purezza del rame (se argentato, stagnato, ecc),  la velocità di propagazione, i materiali utilizzati per isolante (guaina o jaket) e dielettrico, la percentuale di schermatura, e qualsiasi altro dato.

Per isolante si intende lo strato esterno che riveste il cavo. Per dielettrico si intende il materiale presente tra i due cavi.

Non è tollerabile spendere 1000 euro per poi scoprire di aver acquistato un banale doppino AWG 14 in rame elettrolitico con guaina in PVC (che vale forse 1 euro al metro) che magari ha solo una guaina colorata e trasparente…..

 

 

 

 

 

La tabella qui a lato riporta sezione e resistività dei cavi secondo la classificazione americana AWG con corrispondente diametro e sezione in unità metriche.



Un cavo di grossa sezione (a parità degli altri parametri) è sempre preferibile rispetto ad un cavo più sottile anche se più costoso. Evitare i cavi rivestiti in PVC e PVDF: nel tempo rilasciano Cloro che produce CuCl con i cavi in rame e AgCl con i cavi in argento (inquinando la purezza del rame o dell’argento). 

 

Cavi Litz

 

I cavi Litz sono formati da un fascio di numerosi fili sottilissimi e isolati tra loro.

I cavi Litz  vengono impiegati per le frequenza superiori a 10 MHz (frequenza 500 volte oltre i 20000 Hz che limitano la banda audio). Hanno due caratteristiche:

 

-          sono molto flessibili (che è apparentemente un bene)

-          presentano induttanza molto bassa (che è apparentemente un bene).

 

In realtà una bassa induttanza è sempre associata ad una elevata capacità che potrebbe disturbare l’amplificatore. Il fatto di essere formati da molti fili sottili isolati tra loro aumenta la possibilità di vibrazione meccanica (distorsione).  I cavi Litz sono in genere costosi e difficili da terminare (difficili da saldare). Per concludere i cavi Litz non sono consigliabili per Alta Fedeltà.   I cavi Litz non devono essere utilizzati con i prodotti Opera e Unison.

 

Banane, forcelle e terminazioni varie

 

I cavi possono essere terminati con banane o forcelle di varia foggia e dimensioni. La miglior terminazione è il cavo spellato (senza banane e senza forcelle). Le banane sono molto comode quando si deve collegare e scollegare i diffusori frequentemente. Per proteggere dall’ossidazione la parte di cavo esposta all’aria  si può procedere ad una stagnatura (oppure pulirla periodicamente).

 

Cavi e fattore di smorzamento

 

Il fattore di smorzamento è determinato dalla impedenza di uscita dell’amplificatore.

 

Tipo di amplificatore

 

Impedenza interna dell’amplificatore

Fattore di smorzamento su 8 ohm

Amplificatori a valvole senza trasformatore OTL

 

Da 0.7 a 8 ohm o più

Minore di 12

Amplificatori con trasformatore di uscita

Non retroazionati

Da 1 a 4 ohm

Minore di 8

retroazionati

Da 0.2 a 1 ohm

Minore di 40

Amplificatori stato solido

Retroazionati e non

< 0.2 ohm

Maggiore di 40

 

In linea di principio la resistenza del cavo dovrebbe essere trascurabile rispetto alla impedenza  interna dell’amplificatore. Se ciò avviene è quasi certo che l’impedenza del cavo è anche molto minore dell’impedenza dei diffusori acustici. Ci si accontenta, in genere di  scegliere un cavo con resistenza molto minore (50-100 volte) rispetto al minimo di impedenza dei diffusori.

 

Per lunghezze di 2.5 metri e diffusori con minimi di impedenza fino a 3 ohm, un cavo AWG 10 (due conduttori da 2.5 millimetri di diametro) è più che sufficiente (R=0.017 ohm). Non si dovrebbe andare oltre AWG 12 (per esempio AWG 16 non è sufficiente).

Comunque i valori massimi da non superare per la resistività dei cavi sono:

 

Per variazioni della risposta minori di 0.4 dB

120 milli ohm per diffusori da 8 ohm nominali

60 milli ohm per diffusori da 4 ohm nominali

30 milli ohm per diffusori con minimo di impedenza da 2.5 ohm

 

Per variazioni della risposta minori di 0.1 dB

70 milli ohm per diffusori da 8 ohm nominali

35 milli ohm per diffusori da 4 ohm nominali

27 milli ohm per diffusori con minimo di impedenza da 2.5 ohm

 

Si noti che 8 ohm nominali corrispondono ad un minimo di impedenza di 6.4 ohm che diventano 3.2  per diffusori a 4 ohm nominali. La soglia di percezione per una variazione nella risposta in frequenza viene indicata, da alcuni autori,  in 0.5 dB mentre altri indicano 0.1 dB (dipende dalla larghezza di banda interessata dalla variazione). Prudenzialmente è opportuno calcolare il cavo per un carico minimo di 2.5 ohm. I diffusori Opera e Unison non scendono comunque sotto 3.2 ohm.

 

Esempio di calcolo:

 

serve un cavo lungo 2.5 metri per un diffusore con minimo i 2.5 Ohm:

 

calcoliamo la resistività del cavo per ottenere 30 milli Ohm su 5 metri

30/ (2.5 x 2) = 30/5 = 6 milli Ohm x metro

la resistività calcolata corrisponde ad un valore AWG compreso tra 12 e 13:

scegliere un AWG 12 o migliore.

 

serve un cavo lungo 5 metri per un diffusore con minimo di 4 ohm:

 

calcoliamo la resistività del cavo per ottenere 60 milli Ohm

60/ (5 x 2) = 60/10 = 6 milli Ohm x metro

la resistività calcolata corrisponde ad un valore AWG compreso tra 12 e 13:

scegliere un AWG 12 o migliore


serve un cavo lungo 20 metri per un diffusore con minimo da 8 ohm:

 

calcoliamo la resistività del cavo per ottenere 120 milli Ohm

120/ (2 x 20) = 120/40 = 3 milli Ohm x metro

la resistività calcolata corrisponde ad un valore AWG compreso tra 8 e 9:

scegliere un AWG 8 o migliore (per es. AWG 7)

 

È evidente che, là dove il calcolo indica un AWG 12, si può benissimo utilizzare un AWG 16 ma non bisogna poi lamentarsi se “si sentono delle differenze”. Caso mai scegliere dei cavi di sezione maggiore di quella ottenuta dal calcolo (per esempio AWG 10 al posto di AWG 12). Ricordiamo anche che la resistività dell’argento (0.0159) è poco inferiore a quella del rame (0.0176) e che tra un AWG 11 in argento e un AWG 10 in rame quest’ultimo presenta resistività minore.

 

 

Materiale

r0 = Resistività in W × mm2 / m a 20 °C

Coef. di temperatura 

alfa

Argento (Crudo, Ricotto, Semicrudo)

0.0159

0.0038

Rame LC OFC  e Annealed Copper

0.0168

0.0039

Rame ricotto OFC

0.0172 - 0.0176

0.0039

Rame Crudo

0.0178

0.0039

Rame stagnato

0.017931

0.0039

Rame nichelato

0.01796

0.0039

Alluminio crudo

0.0282

0.0043

Alluminio ricotto

0.0276

0.0043

 

Tutti i diffusori Opera  e Unison sono conformi alla norma DIN 45500 e presentano minimi di impedenza maggiori di 3.2 ohm nel modulo e 3 ohm nella parte reale dell’impedenza. In generale però si possono trovare diffusori con minimi di impedenza anche inferiori a 1 ohm (Apogee Scintilla, Martin Logan, e altri).  Valori minimi attorno a 2.5 ohm sono abbastanza comuni. In tal caso la sezione del cavo deve essere aumentata per ottenere una resistività al minimo 50-100 volte inferiore rispetto al minimo valore di impedenza. Un cavo AWG 6 lungo 2.5 metri è adatto al 99.99% dei diffusori in commercio. Un cavo AWG 10 lungo fino a 4 metri è adatto al 99% dei diffusori in commercio.

Per il bi-wiring o multiamplificazione è consigliabile utilizzare cavi dello stesso tipo, sezione e di uguale lunghezza. Le regole per calcolare la sezione del cavo in bi-wiring sono le stesse del cavo singolo.

Per i diffusori Opera il biwiring non è consigliato. I diffusori Opera sono predisposti per il bi ampling.
Si veda anche Cavi per diffusori acustici .

 

 

Costante dielettrica di alcuni materiali utilizzati per realizzare cavi. Alcuni sono migliori di altri ma va bene qualsiasi purché non sia PVC e PVDF

 

Eccezioni

 

Esistono sul mercato alcuni diffusori che sembrano funzionare meglio con amplificatori con fattore di smorzamento basso oppure con cavi dotati di una certa resistività (lunghi e sottili. Sono eccezioni ben note agli appassionati.

 

 

Altre cose…

 

I cavi che collegano gli altoparlanti non devono essere "intrecciati" o troppo vicini ai cavi di alimentazione e di segnale. La soluzione migliore è adottare cavi schermati per tutte le connessioni (segnale, potenza e rete).

 

I punti deboli dell’impianto stereo (dal punto di vista delle connessioni) sono due:

 

-          le alimentazioni (che devono essere portate tutte ad una unica ciabatta quindi alla rete domestica)

-          il pannello posteriore dell’amplificatore dove convergono una quantità di cavi tutti molto vicini tra loro (per cui è meglio se sono tutti schermati)

 

poi c’è la qualità della tensione fornita dall’ENEL … ma quella è praticamente questione di fortuna.

Ogni apparecchio (amplificatore, lettore CD, ecc. ..) è dotato di un alimentatore che converte la tensione alternata prelevata dalla rete in tensioni continue di diversi valori così come richiesto per alimentare i diversi circuiti. Il circuito di alimentazione è quasi sempre dotato di un trasformatore e di una sezione di filtro. Se l’alimentazione è convenientemente progettata e dimensionata non degrada la qualità dell’ascolto.

In certe zone, per esempio in prossimità delle zone industriali, la tensione di rete può essere particolarmente disturbata o variare nel tempo (da 190 a 240 Volt). Quando ciò avviene potrebbe essere utile un “ricondizionatore di rete”: tale apparecchio riceve in ingresso la tensione di rete e restituisce una tensione di ampiezza stabile (220 Volt) priva di disturbi con la quale alimentare i dispositivi HiFi. Se si utilizza un computer come sorgente è bene dotarlo di un piccolo gruppo di continuità (i PC soffrono le interruzioni di corrente).

I concionatori di rete e i gruppi di continuità devono essere opportunamente sovradimensionati (almeno 4 volte la potenza dichiarata dell’amplificatore).

 

Nota: dato un cavo lungo un metro con caratteristiche eccezionali, è ancora possibile migliorarlo. Basta tagliarlo a metà e si ottiene un cavo con metà resistenza, metà capacità parassita, metà induttanza.

Essendo lungo la metà è anche meno sensibile alla radiazione esterna  e , a sua volta, irradia meno.

Essendo lungo la metà costa anche la metà. Succede quindi questa strana cosa: un ottimo cavo lungo un  metro costa (supponiamo) 100 €. Ma un cavo con caratteristiche migliori costa la metà. Vista da un altro punto di vista: più un cavo è lungo, più costa e tanto peggiore sono le sue caratteristiche.

Quindi la prima regola è rendere i cavi più corti possibili perché costano meno e sono migliori.