E' uno degli argomenti più classici della letteratura audiofila e fonte di ripetuti imbarazzi.
Spesso si legge, o ti raccontano, anche professionisti, che "le valvole distorcono di armoniche pari, i transistor di dispari". A quel punto i più avveduti ricordano che non il componente attivo, ma il circuito determina lo spettro armonico della distorsione: pari per il Single Ended, dispari per il Push-Pull. Segue scambio di battute, di solito inconcludente.
Cerchiamo di fare il punto. Gli interrogativi che seguono sono da considerarsi prima dell' eventuale intervento della retroazione, quando non diversamente specificato.
-Focalizziamo l' attenzione all' ambito valvolare: tutti i PP distorcono al medesimo modo di armoniche dispari? O alcuni di più e altri di meno? A parità di potenza erogata, e quindi nei limiti di compatibilità di un SE, e senza considerare i costi, la scelta del SE è sempre la migliore? O il PP in taluni casi può essere la soluzione più indicata? Che ruolo gioca la classe di lavoro di un PP? Ai fini della nostra indagine, cosa differenzia un PP che lavora in classe A da uno che lavori in classe AB o B?
Allarghiamo lo sguardo al mondo dei dispositivi attivi a stato solido; come vanno riformulate le questioni sopraesposte? Per comodità di confronto, limitiamoci in entrambi i casi (valvole e stato solido) a preamplificatori o integrati/finali di pochi watt.
-Premessa l' importanza del circuito, qual è il ruolo dei dispositivi attivi considerati in sé stessi ? Fet, Mosfet, Bjt come, quando e perché distorcono? Di pari, di dispari? E triodo, pentodo e tetrodo? Che ruolo gioca la scelta del punto di lavoro?
-I triodi sono reputati come i dispositivi attivi più lineari. Alcuni ribattono che questo accade perché il triodo è intrisecamente un dispositivo controreazionato. Eppure il pregio del triodo è quello di permettere, in configurazione SE, un circuito privo di retroazione. E' un vero vantaggio? Perché l' utilizzo di un componente intrinsecamente controreazionato in un circuito privo di controreazione è considerato sonicamente più vantaggioso di un circuito in cui la retroazione sia calcolata per linearizzare il comportamento di dispositivi attivi in sé non controreazionati (pentodi, tetrodi e dispositivi a stato solido) e abbassarne l' impedenza di uscita, più bassa nel triodo proprio perché internamente controreazionato?
Grande è il disordine sotto il cielo audiofilo...
Guido eisenstein
Lo spettro armonico della distorsione
Moderatore: F.Calabrese
-
F.Calabrese
- Messaggi: 42846
- Iscritto il: giovedì 23 settembre 2010, 16:18
- Località: Roma
- Contatta:
Re: Lo spettro armonico della distorsione
Guido... cosa hai fatto... hai aperto il vaso di Pandora...!intrepido ha scritto:E' uno degli argomenti più classici della letteratura audiofila e fonte di ripetuti imbarazzi.
Spesso si legge, o ti raccontano, anche professionisti, che "le valvole distorcono di armoniche pari, i transistor di dispari". A quel punto i più avveduti ricordano che non il componente attivo, ma il circuito determina lo spettro armonico della distorsione: pari per il Single Ended, dispari per il Push-Pull. Segue scambio di battute, di solito inconcludente...
Beh... come vuoi tu...!!!
Secondo Russel Hamm, che fece uno studio serio e sistematico in materia -più di 30 anni fa- il problema del "suono" dei diversi elementi attivi non è dovuto tanto alla composizione spettrale della distorsione, quanto al suo "progredire in funzione del livello in ingresso".
In un finale a transistor -tipicamente assai controreazionato- non ha alcun senso parlare di armoniche dispari o pari, se a 99 Watt abbiamo lo 0,01% di distorsione (che è inaudibile) ed a 103 Watt abbiamo il 10% di distorsione da clipping... fatta tutta di armoniche dispari (per via, appunto, della configurazione circuitale..), vale a dire un vero e proprio orrore acustico.
Un concetto per volta... digerito questo...???
Segue
F.C.
-
F.Calabrese
- Messaggi: 42846
- Iscritto il: giovedì 23 settembre 2010, 16:18
- Località: Roma
- Contatta:
Re: Lo spettro armonico della distorsione
I Push-Pull sono spasso assai meno simmetrici di quanto si pensi, specie in sovraccarico... Molto dipende dalla topologia dello stadio driver...intrepido ha scritto:...Focalizziamo l' attenzione all' ambito valvolare: tutti i PP distorcono al medesimo modo di armoniche dispari? O alcuni di più e altri di meno? A parità di potenza erogata, e quindi nei limiti di compatibilità di un SE, e senza considerare i costi, la scelta del SE è sempre la migliore? ...
Qui però accade qualcosa di abbastanza divertente: tutti pensano che lo stadio più simmetrico sia il migliore, ma in realtà è quello che, al minimo segno di sovraccarico, suonerà più "sottile" (vale a dire trapanante, artificioso, elettronico... e chi ne ha più ne metta...). Uno stadio PP meno perfetto, diciamo anche "ruspante", tirerà fuori abbastanza distorsione di II armonica da riattivare l'effetto della Fondamentale Mancante... Come dire che il nostro segnale distorto suonerà un'ottava o giù di lì più basso nel caso dell'ampli meno simmetrico...
QUESTO SPIEGA LA RAGIONE DELLA PREFERENZA ACCORDATA AI SINGLE ENDED DAGLI ASCOLTATORI PIU' CRITICI...
I SINGLE ENDED DISTORCONO SEMPRE IN MODO ASIMMETRICO, E QUINDI CON MOLTE ARMONICHE PARI, SPECIE LA SECONDA...
Con i Single Ended il suono di qualsiasi strumento, anche se abbastanza distorto, resta sempre fermo alla sua tonalità originale... Con i Push Pull supersimmetrici esso sembra "saltar sù" di un'ottava o quasi...
I Single Ended hanno sicuramente una marcia in più, in sovraccarico... (ma anche ai livelli minimi di segnale...).
Segue
F.C.
-
F.Calabrese
- Messaggi: 42846
- Iscritto il: giovedì 23 settembre 2010, 16:18
- Località: Roma
- Contatta:
Re: Lo spettro armonico della distorsione
Lasciatemi rispondere domani, per sopravvenuta stanchezza...intrepido ha scritto:...O il PP in taluni casi può essere la soluzione più indicata? Che ruolo gioca la classe di lavoro di un PP? Ai fini della nostra indagine, cosa differenzia un PP che lavora in classe A da uno che lavori in classe AB o B?...
O, meglio... precedetemi !!!
Saluti
F.C.
Re: Lo spettro armonico della distorsione
Argomento molto interessante... e complesso. Come dice Guido, la confusione regna sovrana tra gli audiofili...
La prima cosa da definire è che in un amplificatore non esiste un'unica distorsione. O meglio, esistono vari stadi ciascuno dei quali ha inevitabilmente il suo grado di imperfezione, e pertanto produce una distorsione che si andrà a sommare a quella prodotta dagli altri stadi. E sarebbe bello anche questo. Purtroppo succede spesso che la distorsione di uno stadio interferisce con quella dello stadio successivo in maniera piuttosto complessa, generando altri tipi di non linearità che vanno al di là della semplice Total Harmonic Distorsion, THD. E' per questo che in un amplificatore di pregio è fondamentale che ogni stadio sia ottimizzato il più possibile, tenendo conto dell'interfacciamento con gli stadi adiacenti.
Tipicamente, si hanno tre stadi principali, in cascata l'uno dopo l'altro:
1) INPUT (INTERFACCIA CON LA SORGENTE)
2) VAS (VOLTAGE AMPLIFIER STAGE)
3) FINALE (INTERFACCIA CON L'ALTOPARLANTE)
La quasi totalità degli ampli in circolazione rispetta questa tipologia a 3 stadi. Ogni stadio genera la sua distorsione, però si pensa sempre allo stadio finale come il principale colpevole. E in effetti questo è vero nella maggior parte dei casi (soprattutto nei classe B), ma non sempre è così. Se un ampli suona male può succedere che il finale non c'entri niente, e che invece ci sia una magagna da qualche altra parte. E' più facile però che con un finale in classe A, essendo meno problematico da pilotare, l'intero ampli se ne giovi grandemente. Questo è uno dei motivi per cui un classe A, in genere, suona meglio: perchè è più facile da gestire. E questo nonostante sia molto meno efficiente e quindi scaldi di più.
Prendendo in considerazione solo lo stadio finale, abbiamo la seguente classifica:
1) CLASSE A - SINGLE ENDED (asimmetria, prevalentemente 2^ armonica)
2) CLASSE A - PUSH PULL (residui di 3^ armonica)
3) CLASSE B (crossover + switching, 2^ e 3^ armonica e multipli di queste)
4) CLASSE AB (crossover + switching + gm doubling, 2^ e 3^ armonica e multipli di queste)
Dal punto di vista della THD generata, ciascuna di questa configurazione può arrivare allo 0.01% prima del clipping, con il classe A decisamente in vantaggio perchè non è affetto da distorsione di incrocio. La distorsione di incrocio è la peggiore distorsione che un finale possa generare, e nessuno stadio in classe B può esserne immune. L'unico modo per diminuirla è una bella dose di controreazione negativa (NFB), che però diventa sempre più inefficace all'aumentare della frequenza.
Tra parentesi ho indicato le cause di distorsione per ciascuna tipologia di finale, come si vede la classe AB è la peggiore, non fosse altro perchè è quella più difficile da mettere a punto (sostanzialmente per una precisa taratura del bias e per la dipendenza di questo dalla temperatura).
Per concludere questa prima analisi circoscritta allo stadio finale, si può quindi dire che:
- le classi B e AB sono quelle più problematiche (che scoperta!)
- le classi B e AB hanno la necessità di forti tassi di controreazione totale per abbattere la THD
- la classe A non è affetta da distorsione di incrocio e può fare a meno della NFB totale (se non si pretendono tassi di THD a doppio zero dopo la virgola)
Questo vuol dire che un classe A suonerà sempre meglio di un classe B? Ovviamente no, perchè come ho già detto esistono anche altri stadi che compongono l'amplificatore, tra i quali mettiamoci pure l'alimentatore, però in genere è più facile far suonare bene un classe A piuttosto che un classe B.
Ed ora veniamo alla "qualità" della THD. E' abbastanza assodato che ciò che è più fastidioso all'ascolto è la presenza di armoniche di ordine elevato, ovvero superiori alla terza armonica. Test effettuati in doppio cieco hanno dimostrato che non vi sono preferenze nette tra una prevalenza di 2^ e una prevalenza di 3^ armonica, ma io non sono molto convinto di questi test, a dire il vero. Invece sembrano piuttosto fastidiose le componenti di ordine più elevato, quelle tipiche generate dalla distorsione di crossover di un classe B non ben progettato o mal tarato (oppure prima dell'applicazione della NFB totale).
Tutto questo è valido finchè si fa funzionare l'ampli entro le sue specifiche, perchè se ci si avvicina troppo al clipping le cose cambiano, e ogni tipologia ha il suo comportamento più o meno disastroso.
Questo che ho scritto spero possa servire come base perchè ci sono molte cose da approfondire, io ho scritto solo le prime cose che mi sono venute in mente, probabilmente le più scontate.
Si potrebbe continuare il discorso con la NFB, come questa modifica il contenuto armonico della distorsione residua, e un sacco di altre cose...
Questa è un'opinione molto diffusa, ovvero che le valvole abbiano prevalentemente distorsione di seconda armonica, mentre i transistor di terza. Purtroppo questo non corrisponde a verità, e dico purtroppo perchè sarebbe bello se le cose fossero così semplici: basterebbe tornare alle valvole per far suonare meglio tutte le elettroniche. In realtà quello che conta è la soluzione circuitale adottata, oltre ovviamente al layout e alla realizzazione, nella quale ci metto pure la qualità dei componenti adottati che indubbiamente ha il suo peso.intrepido ha scritto:E' uno degli argomenti più classici della letteratura audiofila e fonte di ripetuti imbarazzi. Spesso si legge, o ti raccontano, anche professionisti, che "le valvole distorcono di armoniche pari, i transistor di dispari".
La prima cosa da definire è che in un amplificatore non esiste un'unica distorsione. O meglio, esistono vari stadi ciascuno dei quali ha inevitabilmente il suo grado di imperfezione, e pertanto produce una distorsione che si andrà a sommare a quella prodotta dagli altri stadi. E sarebbe bello anche questo. Purtroppo succede spesso che la distorsione di uno stadio interferisce con quella dello stadio successivo in maniera piuttosto complessa, generando altri tipi di non linearità che vanno al di là della semplice Total Harmonic Distorsion, THD. E' per questo che in un amplificatore di pregio è fondamentale che ogni stadio sia ottimizzato il più possibile, tenendo conto dell'interfacciamento con gli stadi adiacenti.
Tipicamente, si hanno tre stadi principali, in cascata l'uno dopo l'altro:
1) INPUT (INTERFACCIA CON LA SORGENTE)
2) VAS (VOLTAGE AMPLIFIER STAGE)
3) FINALE (INTERFACCIA CON L'ALTOPARLANTE)
La quasi totalità degli ampli in circolazione rispetta questa tipologia a 3 stadi. Ogni stadio genera la sua distorsione, però si pensa sempre allo stadio finale come il principale colpevole. E in effetti questo è vero nella maggior parte dei casi (soprattutto nei classe B), ma non sempre è così. Se un ampli suona male può succedere che il finale non c'entri niente, e che invece ci sia una magagna da qualche altra parte. E' più facile però che con un finale in classe A, essendo meno problematico da pilotare, l'intero ampli se ne giovi grandemente. Questo è uno dei motivi per cui un classe A, in genere, suona meglio: perchè è più facile da gestire. E questo nonostante sia molto meno efficiente e quindi scaldi di più.
Prendendo in considerazione solo lo stadio finale, abbiamo la seguente classifica:
1) CLASSE A - SINGLE ENDED (asimmetria, prevalentemente 2^ armonica)
2) CLASSE A - PUSH PULL (residui di 3^ armonica)
3) CLASSE B (crossover + switching, 2^ e 3^ armonica e multipli di queste)
4) CLASSE AB (crossover + switching + gm doubling, 2^ e 3^ armonica e multipli di queste)
Dal punto di vista della THD generata, ciascuna di questa configurazione può arrivare allo 0.01% prima del clipping, con il classe A decisamente in vantaggio perchè non è affetto da distorsione di incrocio. La distorsione di incrocio è la peggiore distorsione che un finale possa generare, e nessuno stadio in classe B può esserne immune. L'unico modo per diminuirla è una bella dose di controreazione negativa (NFB), che però diventa sempre più inefficace all'aumentare della frequenza.
Tra parentesi ho indicato le cause di distorsione per ciascuna tipologia di finale, come si vede la classe AB è la peggiore, non fosse altro perchè è quella più difficile da mettere a punto (sostanzialmente per una precisa taratura del bias e per la dipendenza di questo dalla temperatura).
Per concludere questa prima analisi circoscritta allo stadio finale, si può quindi dire che:
- le classi B e AB sono quelle più problematiche (che scoperta!)
- le classi B e AB hanno la necessità di forti tassi di controreazione totale per abbattere la THD
- la classe A non è affetta da distorsione di incrocio e può fare a meno della NFB totale (se non si pretendono tassi di THD a doppio zero dopo la virgola)
Questo vuol dire che un classe A suonerà sempre meglio di un classe B? Ovviamente no, perchè come ho già detto esistono anche altri stadi che compongono l'amplificatore, tra i quali mettiamoci pure l'alimentatore, però in genere è più facile far suonare bene un classe A piuttosto che un classe B.
Ed ora veniamo alla "qualità" della THD. E' abbastanza assodato che ciò che è più fastidioso all'ascolto è la presenza di armoniche di ordine elevato, ovvero superiori alla terza armonica. Test effettuati in doppio cieco hanno dimostrato che non vi sono preferenze nette tra una prevalenza di 2^ e una prevalenza di 3^ armonica, ma io non sono molto convinto di questi test, a dire il vero. Invece sembrano piuttosto fastidiose le componenti di ordine più elevato, quelle tipiche generate dalla distorsione di crossover di un classe B non ben progettato o mal tarato (oppure prima dell'applicazione della NFB totale).
Tutto questo è valido finchè si fa funzionare l'ampli entro le sue specifiche, perchè se ci si avvicina troppo al clipping le cose cambiano, e ogni tipologia ha il suo comportamento più o meno disastroso.
Questo che ho scritto spero possa servire come base perchè ci sono molte cose da approfondire, io ho scritto solo le prime cose che mi sono venute in mente, probabilmente le più scontate.
Si potrebbe continuare il discorso con la NFB, come questa modifica il contenuto armonico della distorsione residua, e un sacco di altre cose...
bandAlex
-
F.Calabrese
- Messaggi: 42846
- Iscritto il: giovedì 23 settembre 2010, 16:18
- Località: Roma
- Contatta:
Re: Lo spettro armonico della distorsione
Grazie a BandAlex per la sua lucidissima analisi, che mi dispensa da ulteriori commenti...
Ma solo per stasera !
Saluti
F.C.
Ma solo per stasera !
Saluti
F.C.
Re: Lo spettro armonico della distorsione
Ringrazio anch' io l' amico Alex e ti esorto alle concordanze!F.Calabrese ha scritto:Grazie a BandAlex per la sua lucidissima analisi, che mi dispensa da ulteriori commenti...
Ma solo per stasera !
Saluti
F.C.
Re: Lo spettro armonico della distorsione
(se posso permettermi un ' indicazione metodologica, suggerisco a un certo stadio della discussione, che spero lunga e lenta, di rifarsi al post di apertura come indice ragionato, in modo da risalire il corso dopo ogni giusta divagazione tematica)
Re: Lo spettro armonico della distorsione
guido sei sicuro di volere sapere quello che chiedi???intrepido ha scritto:E' uno degli argomenti più classici della letteratura audiofila e fonte di ripetuti imbarazzi.
Spesso si legge, o ti raccontano, anche professionisti, che "le valvole distorcono di armoniche pari, i transistor di dispari". A quel punto i più avveduti ricordano che non il componente attivo, ma il circuito determina lo spettro armonico della distorsione: pari per il Single Ended, dispari per il Push-Pull...
Grande è il disordine sotto il cielo audiofilo...
Guido eisenstein
il discorso è lungo e non semplice, bisogna praticamente partire dall'ABC dando cmq per scontate molte cose, inoltre non è possibile garantire alla fine l'acquisizione di capacità di giudizio su qualsivoglia apparecchiatura hifi, ci provo considerando che vado a memoria, ergo nonsono ferrato su tutto e conto che se scrivo scemnpiaggini qualcuno mi corregerà.
prima cosa da verificare: cosa sono le armoniche pari e dispari diciamo però prima perchè un amplificatore distorce.
la distorsione armonica e una cosiddetta distorsione di non linearità, ovvero la impossibilità a riproporre in uscita il segnale di ingresso amplificato in modo fedele, come fare un ingrandimento, hai presente?
se prendi una foto e la ingrandisci con la fotocopiatrice, anche a colori, la foto verrà sempre distorta, ovvero più grande ma non fedele all'originale, nè nei colori e nemmeno nelle proporzioni.
perchè un amplificatore distorce effettuando una distorsione di non linearità?.. lo suggerisce il nome stesso, i dispositivi hanno una loro curva caratteristica il cui arco lineare è limitato, se il dispositivo lavora oltre quei valori il risultato è l'accennata distorsione.
ti invito a cercare in rete le curve caratteristiche dei transistor in modo da renderti conto, vedrai dei segmenti per un tratto curvi e per un tratto retti, la zona di lavoro ideale è quella retta.
secondo il tipo di dispositivo utilizzato si possono poi avere distorsioni su armoniche pari o dispari.
è pari quella armonica la cui forma d'onda è simmetrica rispetto all'asse delle ordinate ma con semiperiodi diversi tra loro
è dispari quella armonica la cui forma d'onda risulta costituita da semiperiodi simmetrici.
il pari e il dispari vengono fuori dallo sviluppo della serie di fourier (la dò per buona così)
il risultato finale dipende dalla topologia circuitale certo, perchè ogni stadio cerca di correggere il difetto di chi lo precede, ognuno insomma ci mette del suo in funzione del dispositivo attio usato (mosfet, valvola, bjt etc)...
I domanda, I risposta, segue... (faccina sudata)
amen.
ps guì che mi fai fare, riprendere dopo tant'anni i libri di elettronica.
Re: Lo spettro armonico della distorsione
Bravissimo, Aurelio! L' idea sarebbe quella, passo passo, di tracciare i confini di una cartografia della questione. Nessuna pretesa di completezza o innovazione, solo qualche punto fermo in spirito divulgativo. Se possibile, confrontando punti di vista e approcci diversi. Confido nell' intervento di progettisti e autocostruttori.
Se fossi malizioso, dedurrei da quanto scritto da Bandalex che il PP in classe A è il circuito più lineare (immagino tutto stia nel pesare i "residui di terza armonica"). Sbaglio? Tanto più che, se intuisco correttamente alcune indicazioni di Calabrese, non è detto che "più lineare" sia per forza la scelta migliore...
Se fossi malizioso, dedurrei da quanto scritto da Bandalex che il PP in classe A è il circuito più lineare (immagino tutto stia nel pesare i "residui di terza armonica"). Sbaglio? Tanto più che, se intuisco correttamente alcune indicazioni di Calabrese, non è detto che "più lineare" sia per forza la scelta migliore...