Potenza negli amplificatori

Per specificare la potenza di uscita degli amplificatori esistono, nella letteratura tecnica e soprattutto in quella commerciale, diversi modi, alcuni più significativi, altri meno, altri privi di ogni significato. Cerchiamo di comprendere il significato (se c’è!) delle specifiche più diffuse.

POTENZA CONTINUA IN REGIME SINUSOIDALE POTENZA RMS

Il modo più rigoroso e inequivocabile, tecnicamente l’unico accettabile e utilizzabile, come vedremo, per confronti fra apparecchiature diverse, è quel- lo di riferirsi alla potenza di uscita continua in regime sinusoidale (sine wawe continuous power), detta anche «potenza RMS», poiché il suo valore si può ricavare dalla conoscenza della tensione RMS (valore quadratico medio della tensione) ai capi del carico, e dal valore resistivo del carico stesso.

L’attributo «continua» significa che l’amplificatore deve essere in grado di fornire questa potenza per un tempo illimitato, senza che le caratteristiche della forma d’onda riprodotta degenerino, o che l’amplificatore si surriscaldi. i inoltre, seguendo le norme ormai universalmente accettate, questo valore di potenza deve essere fornito senza che la distorsione armonica superi un certo valore (in genere il 2 %).

 

In teoria quindi un amplificatore anche in grado di fornire 200W continui col 5% di distorsione, ma per cui la distorsione scende al disotto del 2% solo sotto ai 100 W, dovrebbe, secondo questo standard, dichiarare una potenza di uscita di 100 W. In pratica questo non‘ succederà mai: il costruttore, anche il più onesto, specificherebbe certo di più e, al massimo, fornirebbe il grafico della distorsione in funzione della potenza uscita.

Vediamo come si può misurare praticamente la potenza di uscita continua di un amplificatore. La disposizione è questa:

 

Il generatore di bassa frequenza è su una frequenza di centro banda [esempio 1 kHz], in cui la risposta sia già sicuramente piatta. Il carico fittizio R è quello specificato dal costruttore dell’amplificatore (esempio 80) e in grado di dissipare la potenza che gli giunge dall’amplificatore stesso.

Si aumenta la potenza di uscita dell’amplificatore sino a che il distorsiometro non indica il livello massimo di distorsione accettabile. In mancanza del distorsiometro si può osservare la forma d’onda d’uscita sull’oscilloscopio, e si aumenta la «potenza sino al punto immediatamente precedente al taglio delle sommità delle sinusoidi.

Questo, per gli amplificatori moderni di una certa classe può essere già un sistema soddisfacente, poiché la distorsione si mantiene a livelli molto bassi sinché non inizia il taglio.

Si legge il valore della tensione di uscita sul voltmetro, che potrà essere a valore medio o a vero valore efficace (in ogni caso la scala è tarata in valore efficace, o RMS come dicono gli americani, poiché il valore efficace si ottiene facendo la media quadratica dei valori istantanei su un numero intero di periodi). La potenza di uscita continua in regime sinusoidale è semplicemente:

Naturalmente occorrerà controllare che l’amplificatore sia in grado di man- tenere per un certo periodo di tempo tale livello di potenza erogata, senza scaldare troppo o senza che la forma d’onda si deformi, ciò che indicherebbe un cattivo progetto dell’amplificatore.

POTENZA MUSICALE

La seconda specifica che spesso viene data è quella relativa alla potenza musicale.

Cerchiamo innanzitutto di capire che cosa è. Molti amplificatori trovano una limitazione nella massima potenza d’uscita continua erogabile -non nella sezione amplificatrice vera e propria, ma nell’alimentatore, che si «siede» oltre a un certo assorbimento di corrente.

Se pensiamo allora di staccare l’alimentatore interno e di collegare la sezione amplificatrice a un alimentatore stabilizzato esterno, in grado di fornire corrente praticamente senza limitazioni; e inoltre, se necessario, aumentiamo il raffreddamento dei semiconduttori pilota e di .uscita, in modo da mantenerli sempre in regime di sicurezza, troviamo che la massima potenza d’uscita continua in regime sinusoidale così erogata è maggiore (e. può esserlo anche sensibilmente) della potenza erogata col solo alimentatore interno.

Questa è la potenza musicale.

A prima vista questo potrebbe sembrare il risultato di un errato criterio di dimensionamento del complesso: sembra inutile costruire, un amplificatore in grado di erogare, ad esempio, 100 W, se poi l’alimentatore che ad esso si accoppia gli consente di erogarne continuativamente solo 70 o 50.

Il criterio invece non è di per sé errato, anche se tali sono spesso le sue applicazioni, e deriva da alcune semplici considerazioni.

Il segnale musicale che interessa gli amplificatori audio è caratterizzato da una potenza media abbastanza modesta, e da brevi intervalli di tempo, corrispondenti ai transitori di attacco delle note di molti strumenti, ai suoni percussivi ecc., in cui la potenza richiesta può raggiungere valori anche molto elevati.

Per far fronte a queste improvvise e brevi richieste di potenza è sufficiente, secondo l’opinione di molti che:

  1.  ovviamente la sezione amplificatrice sia in grado di erogarla (e cioè non saturi prima);
  2.  che l’alimentatore abbia a disposizione opportune riserve di energia (leggi condensatori elettrolitici di filtro) che si caricano quando la potenza richiesta all’alimentatore è piccola, e siano in grado di fornire l’energia necessaria negli istanti critici.

Però la durata, l’energia, la frequenza con cui si presentano questi transitori non sono facilmente prevedibili a priori, e non è affatto semplice calcolare quale sia la « scorta» di energia minima necessaria. Per questi punti valgono le opinioni personali dei costruttori. Inoltre l’amplificatore viene ad essere alimentato durante i picchi praticamente in regime di scarica capacitiva, e cioè non assolutamente a tensione costante, ciò che causa una inevitabile distorsione dei picchi.

Per queste ragioni la potenza musicale è un dato da prendersi con le molle, poiché non permette valutazioni e soprattutto confronti significativi. Non si sa infatti per che intervallo di tempo massimo l’amplificatore sia in grado di erogare tale potenza, e con che distorsione. Senza contare che, a detta di diversi esperti, vi sono molti transitori che durano anche tempi considerevoli, sino a 0,1 secondi, tempo per il quale praticamente nessun amplificatore è in grado di sostenere la potenza musicale dichiarata.

Pertanto per fare confronti e dimensionare impianti è sempre opportuno riferirsi alla potenza continua in regime sinusoidale.

Per concludere, due osservazioni: come dovrebbe ormai risultare chiaro, non c’è ovviamente nessun legame fisso tra la potenza continua e la potenza musicale, tranne che, ovviamente, la seconda è maggiore o eguale alla prima. Inoltre non ha senso specificare (come a volte capita di vedere!) la potenza musicale per unità amplificatrici fornite senza alimentatore.

Quindi: non è male che in un amplificatore la potenza fornibile per brevi istanti («musicale») sia maggiore di quella fornibile con continuità. Però, attenzione: le specifiche di potenza musicale sono spesso ingannevoli.

POTENZA DI PICCO

Vi è infine la cosiddetta potenza di picco, specifica assolutamente artificiosa, escogitata solo per aumentare la confusione che regna in questo settore. Per questo cercherò di liquidarla in poche righe. Questa potenza di picco è infatti un dato piuttosto astratto, privo di ogni significato pratico. Essa si riferisce, come già la potenza continua, al funzionamento continuativo in regime sinusoidale, e sin qui niente di male.

Essa è però la potenza istantanea massima (e qui istantanea non significa «relativa a un breve intervallo di tempo», ma realmente a un «istante». Si ottiene cioè facendo il prodotto della tensione di picco (quella corrispondente al massimo della sinusoide) per la corrente di picco, supposte in fase.

Perché dico che è un dato assolutamente artificioso e privo di significato pratico? Bene, in un fenomeno che coinvolge delle grandezze alternative, per comprendere come vanno le cose effettivamente dal punto di vista degli scambi di energia, e quindi anche delle potenze, è sempre necessario considerare il valore della potenza media, che si ottiene appunto mediando su un numero intero di periodi la potenza istantanea. Di per sé il valore della potenza istantanea in un determinato istante (la potenza di picco è una potenza istantanea) non porta nessuna informazione pratica.

In sostanza l’aver chiamato in causa questa potenza di picco è stato solo un espediente per far saltar fuori una cifra che, numericamente, è il doppio della potenza continua in regime sinusoidale.

Vi sono, come in ogni campo, anche qui i più «furbi», i quali dichiarano come potenza di picco la potenza istantanea massima relativa non al funzionamento in regime continuo, ma a quello « musicale » (a rigore non c’è nulla da obiettare!) tirando così fuori una cifra che è il doppio della potenza musicale.

Succede così che un amplificatore da neppure 2 watt continui venga dichiarato « da 8 watt » seguendo il seguendo «filo logico »: 4 watt musicali, ergo 8 watt di picco, = «amplificatore da 8 watt». Ho fatto un esempio, tratto dalla realtà, relativo a potenze molto modeste e al di fuori del campo dell’alta fedeltà, poiché è proprio questo settore, destinato al pubblico più sprovveduto, che è teatro delle migliori esibizioni prestidigitatorie nel campo delle specifiche di potenza.

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