Amplificatori audio | Quando si dice la classe

30.07.2020

A rischio di farmi subito dei nemici, mi impegno a chiarire alcune cose.

 

Siamo abituati a classificare gli amplificatori audio secondo la loro classe di lavoro.

 

Di per sé, questa classificazione non è sbagliata, e costituisce sicuramente un buon modo per cominciare a valutare un finale. Però ci sono alcune questioni che vale la pena di considerare per bene:

  • gli amplificatori NON hanno classe di lavoro, ce l’hanno solo gli stadi finali singoli
  • non sempre la classe dichiarata è quella giusta, e a volte potrebbe persino non avere senso
  • nessuna classe garantisce le prestazioni, dipende da come è progettato il circuito e dai componenti impiegati nella realizzazione

Poiché usare l’elettronica per spiegare l’elettronica non è un buon metodo – chi non la conosce non può seguire il discorso – sarà meglio portare qualche analogia che tutti o quasi possono intendere.

 

Dichiarare la classe di un amplificatore è un po’ come dichiarare se il motore della nostra auto è a benzina, o gasolio, o elettrico. Nei limiti della metafora, non possiamo affermare che i motori a gasolio siano meglio di quelli a benzina a prescindere, perché ci sono motori a benzina ben fatti che vanno meglio di motori a gasolio fatti male, e viceversa.

 

Vero è che la tipologia di motore, come la classe di lavoro di un finale, presenta dei caratteri distintivi. Ad esempio, un ottimo motore a benzina converte circa il 25% dell’energia chimica del carburante in energia meccanica – quella percentuale è chiamata rendimento – mentre un ottimo motore a gasolio può arrivare intorno al 40%.

 

Notare il superlativo “ottimo”, perché stiamo parlando di realizzazioni al meglio della tecnica.

 

A peggiorare si riesce facilmente, gli esempi non mancano. Al meglio, invece, ci sono dei limiti.

 

Questo comporta che non ci sia un motore “migliore” per un uso normale, perché se volete le massime prestazioni, come in Formula 1, dovrete scegliere un motore a benzina – si ottengono più cavalli a parità di cilindrata – ma se volete risparmiare sui consumi, a parità di potenza disponibile, il motore a gasolio sarà sicuramente la scelta giusta. Altre considerazioni che non valgono in F1 ma che interessano noi comuni mortali coinvolgono i costi di manutenzione, le tasse, l’inquinamento e, ovviamente, andranno ad aumentare le variabili in base alle quali scegliere.

 

Per gli amplificatori audio valgono considerazioni analoghe. Ad esempio sul rendimento: un classe A ha un rendimento massimo del 25%, il che significa che per erogare 25W ai diffusori il finale dovrà assorbire 100W dall’alimentazione e dissipare gli altri 75W in calore – e questo spiega le dimensioni o le generose alettature – mentre un classe AB ha un rendimento tra il 50% e il 75% e un classe D può arrivare facilmente al 90%.

 

Guardiamo la cosa più “dall’alto”: in un amplificatore entrano ENERGIA e INFORMAZIONE, e ne esce ENERGIA GUIDATA dall’INFORMAZIONE.

 

Un amplificatore è un oggetto che, concettualmente, ha due ingressi e un’uscita

 

Un amplificatore è un oggetto che, concettualmente, ha due ingressi e un’uscita.

 

Ci serve questa “energia modulata” perché la sola informazione non è in grado di influenzare i fenomeni fisici, come potreste facilmente verificare prendendo una foto della vostra auto e provando a salirci sopra per andare da qualche parte: restereste delusi.

 

L’informazione da sola non basta perché viviamo in un mondo fisico e per muovere oggetti fisici serve energia. Questo è il motivo per cui non colleghiamo l’uscita del CD ai diffusori: gli altoparlanti non si muoverebbero e quindi non muoverebbero l’aria.

 

D’altra parte, la sola energia non è utile se non è “addomesticata” dall’informazione, come la benzina del serbatoio se gli diamo fuoco invece di bruciarla correttamente nel motore: non otteniamo movimento utile ma un pericoloso incendio. L’automobile assolve il suo scopo se c’è benzina, l’energia, e informazione, un essere pensante che la guida.

 

Quindi anche un’automobile è un amplificatore, come moltissime altre macchine, e lo sono i nostri stessi muscoli, ad esempio. La Natura ha inventato gli amplificatori molto, molto prima di noi, senza peraltro discutere di classi.

 

Il rendimento è il rapporto tra la quantità dell’energia che esce e quella che entra, e se entra 100 ed esce 60, la differenza se ne va quasi sempre in calore – o in varie forme di radiazioni – e questa non è mai una cosa buona, perché quel 40 di energia “non addomesticata” va in giro facendo danni, come tutte le energie fuori controllo.

 

Man mano che il rendimento cresce, a parità di consumo e ingombri si può ottenere maggiore potenza, un po’ come per la cilindrata nei motori, il che non significa che i 300W ottenuti con un classe D non si possano ottenere con le altre classi, ma per averli dovremo aumentare la cubatura, quindi se i nostri 150W+150W li ricaviamo con una classe ad alto rendimento avremo un apparecchio compatto e che consuma poco più di 300W, mentre se vogliamo ottenerli con una classe a basso rendimento, ad esempio la A, ci ritroveremo con un finale grande, pesante, costoso e che consuma molto anche con il volume al minimo.

Amplificatori di pari potenza, 2x150W, confrontati per classe, dimensioni e peso.

 

Amplificatori di pari potenza, 2x150W, confrontati per classe, dimensioni e peso. La scelta degli apparecchi è puramente esemplificativa.

 

Un appassionato di audio, però, non è tanto interessato ai consumi quanto alla fedeltà e, se per ottenere sui nostri diffusori il suono desiderato dobbiamo convincere nostra moglie o marito che il costoso e ingombrante finale che abbiamo piazzato in salotto era l’unica scelta possibile, ce la rischiamo.

 

Entriamo dunque nel merito: che differenza c’è tra le varie classi in termini di qualità?

Qui le cose sono più articolate di una semplice percentuale.

 

Ci sono tanti modi per fare amplificatori e, come per i motori, la scelta dell’architettura e dei componenti cambia le cose e le può anche stravolgere. Soprattutto se si seguono le ideologie o le mode invece della tecnica.

 

Le sigle che identificano le classi non sono un “voto” come nelle scuole anglosassoni, dove la A corrisponde al voto massimo, la B a un voto buono ma inferiore, la C a una sufficienza e via dicendo. Il motivo per cui le classi si chiamano come le chiamiamo è sostanzialmente storico: le lettere sono state assegnate in base all’ordine di comparsa delle varie architetture.

 

Stadi finali classe A

Per prima fu la classe A, che non aveva nemmeno un nome perché era l’unica, e si faceva con i triodi, perché c’erano solo quelli. Stiamo parlando di oltre 100 anni fa, all’inizio del Novecento.

 

Audion, il primo tipo di triodo

 

Audion, il primo tipo di triodo. Le valvole sono dei “tubi a vuoto”.

 

In questi pionieristici amplificatori c’era un unico tubo a vuoto che amplificava tutto il segnale, con un rendimento davvero basso. Quanto ai trasformatori di uscita che siamo abituati a vedere sugli amplificatori audio valvolari, essi costituiscono un fattore problematico e molte volte non sono indispensabili. Lo diventano se dobbiamo pilotare dei diffusori e abbiamo un solo tubo, ma ci sono realizzazioni che ne fanno a meno – i cosiddetti OTL, Output Transfomer Less, ossia senza trasformatore di uscita – mentre in applicazioni diverse dall’audio si usano poco o niente.

 

Stadio finale in classe A

Stadio finale in classe A

 

Questa prima classe di stadio finale lavora “in blocco” il segnale e la sua distorsione, che è semplicemente la differenza tra la forma del segnale che entra e quello che esce “energizzato”, è teoricamente minima ma dipende completamente dalla bontà del componente. Il principiante considera i componenti come ideali, perfetti, ma non lo sono mai. Perciò avere un classe A non garantisce la fedeltà.

 

Stadi finali classe B

Nella classe B, che si chiama così perché la B è la lettera dopo la A, il singolo finale amplifica solo una metà del segnale, il 50% superiore o il 50% inferiore, con un rendimento maggiore ma con una distorsione molto alta, perché quello che esce ha una forma molto diversa da quello che entra, replicandone solo la metà.

 

Stadio finale in classe B

Stadio finale in classe B

 

Con l’avvento della classe B si diede anche il nome alla classe precedente, la A, per distinguerle. Risparmiare energia è a volte più importante della distorsione e il fatto che la potenza ottenibile, a parità di consumi, fosse anche tre volte quella di un classe A, rendeva molto appetibile tale modalità di lavoro in settori che non fossero l’Alta Fedeltà.

 

Stadi finali classe AB

Presto qualcuno si rese conto che, se uno stadio in classe B amplificava solo metà del segnale, si poteva affiancare a questo un altro stadio identico che amplificava l’altra metà, e così nacque la classe AB. Nella tecnica dei circuiti la combinazione di due finali complementari si realizza in modo più complesso di come una trattazione divulgativa può mostrare, ma il concetto fondamentale da capire è che a uno stadio è affidato il compito di gestire la parte negativa del segnale e all’altro la parte positiva. Il sistema che in seguito ne scaturisce è composto da due sezioni B opportunamente modificate.

 

Stadio finale in classe AB 

Stadio finale in classe AB, concetto semplificato, nella realtà le cose sono più articolate

 

Le conseguenze di questo accorpamento sono che:

  • per la A e per la B basta un solo finale mentre per la AB ne servono due, e questo complica le cose perché i componenti raddoppiano, e costi e ingombri pure, soprattutto in caso di tubi a vuoto
  • c’è una zona dove uno stadio si ferma e l’altro inizia ad amplificare, detta “zona di incrocio”, e anche questo complica le cose perché in quella zona, se non è tutto calibrato alla perfezione, il segnale può distorcersi e quindi perdere di qualità

La classe AB è migliore come rendimento e questo ci consente di avere in casa amplificatori di buona potenza che non siano grandi e pesanti, ma perché funzioni bene è necessario che i dispositivi che amplificano le due parti del segnale si comportino nella stessa identica maniera tra loro e siano costanti nel funzionamento. Questo è difficile da ottenere con le valvole, che per loro natura presentano variazioni dovute alla temperatura, all’invecchiamento, alla modalità di costruzione e di immagazzinamento e, a volte, anche… all’umore del proprietario.

Distorsione di incrocio in uno stadio finale classe ABSe le due parti del segnale non sono trattate esattamente nello stesso modo e se non c’è un controllo molto preciso della zona di incrocio, ciò che esce ha una forma diversa rispetto ciò che entra, e questa è distorsione. La gestione di come i finali si comportano è detta “polarizzazione”, ma la sua descrizione è delegata ad articoli più tecnici.

Nell'immagine sopra è appunto raffigurata la tipica distorsione di incrocio in uno stadio finale classe AB quando la polarizzazione non è corretta.

 

La cosa più semplice e affidabile usando i tubi a vuoto è lavorare in classe A e questo è il motivo per cui la maggioranza degli amplificatori valvolari li troviamo in tale classe.

 

Quando sono stati disponibili componenti in grado di offrire buone doti di precisione e stabilità, la distorsione caratteristica della classe AB è stata minimizzata con ottimi risultati e questo è il motivo per cui quasi tutti i finali AB sono a stato solido.

 

Stadi finali classe C

La classe C, così chiamata perché è venuta dopo la B, è una classe dove si amplifica meno della metà del segnale, tipicamente il 35-45%, ma con un rendimento ancora più elevato, pagando però un caro prezzo in termini di distorsione, che è altissima. Pensate a come vi sembrerebbe un ritratto dove solo un terzo del volto è stato disegnato e il resto è… a caso… Per questo è usata solo in applicazioni monofrequenza, che decisamente non riguardano la riproduzione audio.

 

Stadio finale in classe C

Stadio finale in classe C

 

Se mettessimo insieme due stadi C otterremmo una cosa inutile, perché una parte del segnale non verrebbe mai amplificata, in quanto 40+40 non fa 100, e questo è il motivo per cui non avete mai sentito parlare della classe C nell’audio.

 

Amplificatori classe D

La classe D, così chiamata perché venuta dopo la C, è una tipologia di amplificazione “a impulsi” e, no, non è digitale, anche se la lettera può trarre in inganno. Non pensatelo nemmeno.

 

Gli amplificatori a impulsi sono analogici, come tutti gli altri amplificatori, perché quelli digitali ancora non esistono e difficilmente esisteranno a meno che il significato della parola “digitale” non venga cambiato. Fino a quel momento, “amplificatore digitale” sarà solo una terminologia che ha lo scopo pubblicitario di richiamare qualcosa di moderno, ormai nemmeno più tanto, visto che l’elettronica digitale esiste da oltre 70 anni.

 

Amplificatore in classe D. A differenza delle precedenti, la classe D è un’architettura e non una tipologia di stadio finale.

Amplificatore in classe D. A differenza delle precedenti, la classe D è un’architettura e non una tipologia di stadio finale.

 

Precisazione digitale

Restiamo ancora un attimo sulla definizione di digitale perché c’è molta confusione, sorprendentemente anche tra gli addetti ai lavori.

 

Perché una cosa si possa chiamare “digitale” occorre che essa sia in forma numerica, ossia tradotta in informazioni rappresentate da numeri.

 

I finali classe D non maneggiano numeri, producono impulsi, e non vanno “a gradini” come alcuni erroneamente affermano, perché le uscite possono assumere tutti i valori possibili, come gli altri segnali analogici. Non ci sono “salti” come qualcuno dice, senza evidentemente aver mai misurato l’uscita di un amplificatore a impulsi.

 

Il fatto che un dispositivo al suo interno funzioni in modalità “ON-OFF”, cioè “acceso-spento” non lo rende digitale, altrimenti l’interruttore di bachelite che mia nonna premeva per accendere le prime lampadine a incandescenza un secolo fa sarebbe stato digitale. E posso assicurarvi che non lo era.

 

L’elettronica digitale “usa” degli stati acceso-spento per tradurre i numeri che poi verranno elaborati da appositi circuiti mediante dei programmi, ma un finale che si chiude e si apre non è un circuito digitale, dunque non è digitale nemmeno un amplificatore in classe D, che si può costruire anche usando delle valvole, e pure senza trasformatori di uscita.

 

Si potrebbe fare elettronica digitale in tre, quattro, nove o undici stati logici, non necessariamente in due – zero e uno – che a molti sembrano un’offesa perché li identificano con qualcosa di categorico, e per questo si comportano in modo categorico a loro volta.

 

Per dirla tutta, fino agli anni ‘50 anche i computer si facevano con i tubi a vuoto, quindi il binomio valvola = analogico è del tutto falso. Un componente non “è” digitale, al limite “può essere usato” in ambito digitale, ma solo se è impegnato nell’elaborazione di informazioni in forma numerica.

 

Digitale = numerico, non dimentichiamolo mai, è facile. Il resto è analogico. O magico, a vedere certe pubblicità...

 

Le classi continuano

Ci sono poi delle classi che non sono delle vere classi di lavoro e questo è un problema diffuso che abbiamo noi umani con i nomi: molte cose vengono chiamate in modi che non corrispondono a niente – pensate alla politica – anche se qui, almeno, non è stato fatto in malafede.

 

Amplificatore in classe G, fonte Wikipedia

Amplificatore in classe G, fonte Wikipedia

 

Così, ad esempio, c’è una classe G che non è una vera classe di stadio finale ma un modo per fornire l’alimentazione a uno stadio finale funzionante secondo una classe vera.

 

Una spiegazione veloce è questa: per produrre segnali più grandi, se l’impedenza è più o meno costante – pensiamo agli 8ohm dei nostri diffusori – occorrono tensioni di alimentazioni più elevate ai finali. Su un diffusore da 8ohm per erogare potenza a 5W occorre un’alimentazione di almeno 20V – classi A, AB senza trasformatore di uscita – mentre per erogare potenza a 100W servono più di 80V.

 

Negli amplificatori che si alimentano con basse tensioni, come quelli per automobili, ci sono dei circuiti appositi che elevano la tensione di batteria a quelle necessarie allo stadio finale.

 

Negli amplificatori domestici o professionali è il circuito alimentatore da rete elettrica a fornire le giuste tensioni e, come possiamo immaginare, si tratta di una parte essenziale dell’amplificatore, quanto lo è il carburante per un motore o il cibo per un essere vivente.

 

L’energia dissipata in calore dagli amplificatori cresce molto con la tensione di alimentazione – classi A, B, AB – e questo significa che, se state ascoltando musica a 5W con un amplificatore da 100W, il calore dissipato e quindi lo spreco sono molto più alti di quelli che avremmo se ascoltassimo questi 5W con un amplificatore da 20W di pari classe, perché il primo è servito da una tensione inutilmente alta, se non alziamo il volume.

 

Un po’ come andare piano con una supersportiva dal motore enorme: consumerà molto più di un’utilitaria a parità di velocità e di peso.

 

Ecco, la classe G altro non è che alimentare uno stadio finale con tensioni diverse a seconda della potenza impiegata. Generalmente si usano due o tre tensioni, più basse quando il volume è basso, più alte quando il volume è maggiore, allo scopo di avere la tensione giusta nella circostanza giusta. Un finale “con le marce”, insomma: si parte in prima, poi se alzate il volume oltre una certa soglia si mette la seconda, e così via. Il tutto per diminuire consumi e dissipazione termica.

 

Quindi la classe G ha senso solo se è accorpata a uno stadio finale che lavori secondo una classe vera e allora abbiamo un GA oppure un GAB o un GD, sebbene il rendimento degli amplificatori a impulsi sia tale da non giustificare queste strategie di alimentazione.

 

Amplificatore in classe G, fonte Wikipedia Amplificatore in classe H, fonte Wikipedia

 

La classe H fa la stessa cosa della G ma in modo continuo, ossia non ha due-tre-quattro livelli di tensione da scambiare alla bisogna, ma varia in modo continuo e progressivo per fornire la migliore tensione di alimentazione ai finali necessaria al momento.

 

Come per la G, la classe H non ha senso a sé stante, cioè deve necessariamente essere riferita a una classe di amplificazione effettiva, o non ha senso parlarne.

 

Dire “ho comprato un classe H” è come dire “ho comprato una vettura con il cambio automatico”, senza specificare se va a metano, benzina, gasolio, kerosene o alcol di patate. Di solito gli apparecchi venduti con la denominazione classe H sono degli AB sui quali si vuole risparmiare sulla dimensione delle alette di raffreddamento, e la fedeltà è sempre quella della classe di lavoro intrinseca, a volte persino inferiore, perché il continuo variare della tensione di alimentazione su un finale A o AB può determinare un aumento della distorsione.

 

Fate attenzione: non sono le sigle a fare un apparecchio, ma le sue caratteristiche reali.

 

Troviamo anche delle denominazioni commerciali che traggono in inganno mischiando le classi di lavoro del finale con quelle di altri circuiti: ad esempio, i preamplificatori. Questo non è corretto dal punto di vista tecnico – e nemmeno etico – perché la classe di targa è esclusivamente quella dello stadio finale, quello che amplifica il segnale in potenza prima dell’uscita.

 

Una Fiat 500 del 1956 non è una “vettura elettrica” perché c’è un motorino di avviamento elettrico e delle candele che scintillano, infatti la chiamiamo correttamente “vettura a benzina”. La combustione della benzina è il modo in cui l’energia chimica viene trasformata in meccanica. Per essere chiamata “vettura elettrica” occorrerebbe che il motore che la fa muovere fosse completamente elettrico, ma non è così.

 

Similmente è per gli amplificatori: ogni circuito del percorso audio non di potenza, compresi quelli che sono presenti nelle sorgenti come lettori CD, registratori a nastro, DVD, sorgenti digitali e in generale tutto ciò che non è esclusivamente meccanico, è quasi sempre in classe A, perché è più semplice da fare e controllare, e non importa se il rendimento è basso perché le potenze in gioco sono trascurabili.

 

Quando regolate la manopola del volume, ci sono piccoli circuiti integrati in classe A – detti amplificatori operazionali – che portano il segnale al livello giusto per il circuito successivo, e via così fino allo stadio finale.

 

I controlli di tono sono in classe A. I filtri attivi che separano le frequenze prima dell’amplificazione sono in classe A. Se avete un preamplificatore – a valvole o a stato solido – questo è quasi certamente in classe A.

 

Secondo la “visione” di alcuni, dunque, se un amplificatore integrato ha un separatore – il cosiddetto buffer – o un preamplificatore di ingresso in classe A e lo stadio finale in classe D, allora sarebbe un “classe AD”.

 

Purtroppo, questa classe non esiste, perché lo stadio finale è soltanto D.

 

Extraudio X250

 

Amplificatori Extraudio in classe dichiarata... AD

 

Ragionando in questo modo, visto che tutti gli stadi non finali di tutti gli amplificatori sono in classe A, dovremmo leggere sulle etichette “AAB” invece di “AB”, oppure, se abbiamo un finale classe A con un preamplificatore classe A e una sorgente con dentro circuiti in classe A, la scritta “AAA”. Io non vorrei mai un amplificatore che si spaccia per un annuncio.

 

È una notazione che nel migliore dei casi è inutile, ma soprattutto è non corretta tecnicamente e anche molto confusionaria.

 

Non è bene identificare un apparecchio – che può essere realizzato in tanti modi – con la sola classe di lavoro di una parte del suo stadio finale.

 

Personalmente non ho idea di quanti tipi di farine esistano, ma sicuramente non è con il solo numeretto riportato in bella vista sulle confezioni che potrei diventare un esperto di cucina.

 

Comprensibilmente, quando non si conoscono bene gli argomenti è umano appoggiarsi a categorie di facile individuazione per non perdersi tra tecnicismi e dati che non sapremmo capire.

 

Lo facciamo tutti, al bar, quando parliamo di politica, o società, o di sport che non abbiamo mai praticato. Le semplificazioni sono a volte utili, ma spesso generano caos e fesserie. Generare caos non è un buon risultato, per una semplificazione.

 

Ogni amplificatore nel suo insieme è un “classe A”

Ogni amplificatore nel suo insieme è un “classe A”

 

Se lo guardiamo dall’esterno – una sorta di “scatola nera” che prende un segnale e un’alimentazione e genera così un’uscita di potenza – un amplificatore Alta Fedeltà è sempre… in classe A, perché il segnale in uscita è l’amplificazione del 100% di quello in ingresso. Alcuni produttori non scrivono nemmeno più la classe di lavoro, fateci caso.

 

Ciò che conta davvero è se il segnale in uscita è della stessa forma di quello in ingresso, oppure no, e questo dipende da molti fattori, incluso il vostro impianto...

 

 

Fine prima parte - Alla seconda parte

di Rajko
Marcon Quarta
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