L’importanza del cablaggio della massa nell’amplificatore audio

La realizzazione dell’alimentazione per un amplificatore audio di potenza può essere relativamente semplice. Basta un trasformatore, un ponte raddrizzatore, dei condensatori di capacità elevata e il nostro alimentatore sarà pronto e funzionante. L’argomento che voglio affrontare non è la progettazione dell’alimentazione, che deve essere fatta in relazione alla potenza dell’amplificatore, ma della quantità di rumore che si può avere in uscita dallo stesso amplificatore a causa dell’alimentazione.

Negli maggior parte degli amplificatori di potenza l’alimentazione si basa su un ramo positivo, uno negativo e zero centrale che corrisponde alla massa. Nella scelta del trasformatore sono da preferire i trasformatori toroidali, che hanno meno ingombro e meno dispersione di flusso magnetico. Quest’ultimo è quello che in fase di cablaggio potrà essere la causa del “ronzio” riportato in uscita dell’amplificatore. La disposizione del trasformatore nel contenitore che andrà a racchiudere tutte le elettroniche sarà fondamentale per contenere questo tipo di disturbo. Volendo costruire un amplificatore di qualità dovremo anche dotarlo di alimentazione separata per canale o con doppio trasformatore o con un trasformatore con doppie uscite.

Ponendo particolare attenzione alla scelta del percorso della massa, la quantità di rumore riprodotto sarà comunque basso tanto da essere appena percepibile poggiando l’orecchio sull’altoparlante. Se invece montiamo tutto senza alcuna regola il risultato potrebbe essere disastroso. Quando ero giovane, ma già conosciuto per le mie realizzazioni, un amico mi chiese di ascoltare un amplificatore che un medico appassionato di elettronica aveva costruito. Arrivati presso la sua abitazione il medico mi mostro con orgoglio l’amplificatore in kit di B. Aloia presentato su una rivista del settore. Mi disse che l’amplificatore funzionava anche se c’era un leggero rumore di fondo. Lo invitai ad accenderlo è sentì un botto tremendo uscire dalle casse acustiche. Ok non aveva montato alcun relè che ritardasse il collegamento d’uscita dell’amplificatore ai diffusori. Ma quello che mi colpì subito dopo era il “ronzio” di sottofondo riprodotto dalle casse acustiche che si poteva sentire a 5 metri di distanza. Ovviamente il kit progettato da Aloia era impeccabile. L’amplificatore elettronicamente funzionava, il problema era la riproduzione del “ronzio” che si sommava al segnale audio.

Un amplificatore di 100 watt su 8 Ohm deve amplificare il segnale 28,3 volte ipotizzando una sensibilità di ingresso di 1 volt. Allo stesso modo amplificherà anche disturbi captati dal trasformatore, dalla rete elettrica e da altre apparecchiature elettroniche nelle vicinanze. I disturbi più insidiosi che possiamo rilevare in un amplificatore di potenza sono quelli provenienti dal trasformatore, identificabili per la frequenza di 50 Hz (frequenza della rete elettrica) e quelli da un livellamento insufficiente del circuito raddrizzatore (ripple). Disturbo meno frequente è la vibrazione diretta del trasformatore di alimentazione o perché realizzato male (causa molto remota) o per gli scostamenti di frequenza della rete elettrica stessa.

Tornando alla disposizione dei componenti nel contenitore, in linea di massima se i dissipatori vanno a formare le fiancate laterali è ovvio che sarà lì che dovremo fissare gli stadi finali. Gli ingressi saranno previsti nel pannello posteriore è sarà anche il posto dove andremo a posizionare eventuali stadi pilota se non sono integrati nel circuito stampato dello stadio finale. L’obiettivo è ridurre il percorso del segnale audio per ridurre la possibilità che capti disturbi. Sempre nel pannello posteriore troveranno posto le uscite per i diffusori e l’ingresso della rete elettrica e porta fusibile di protezione. Il trasformatore o i trasformatori li andremo a posizionare lontano dagli ingressi e dagli stati pilota. Una posizione ideale può essere a ridosso del pannello frontale, meglio ancora se in posizione verticale.

Adesso possiamo iniziare a fare il cablaggio della massa. Evitiamo di passare cavi a ridosso del trasformatore o ancora peggio a circondarlo con cavi che andranno a comportarsi come una spira di rame captando rumore indotto dalla dispersione magnetica. Usiamo cavi di grossa sezione, almeno 4 mm, in modo da ridurre al minimo la differenza di potenziale che si crea a capi del cavo. Alcune volte, per ridurre il rumore, può essere utile arrivare a cavi di 6 – 8 mm di diametro . Tutti i cavi di massa di un canale devono essere serrati in un unico punto, preferibilmente vicino allo stadio finale (massa a stella). Quello che bisogna assolutamente evitare è creare degli anelli di massa (ground loop). Tanto per capirci la presa RCA del segnale di ingresso che si collegherà allo stadio pilota con cavo schermato dovrà essere isolata dal contenitore metallico. Lo stesso contenitore può diventare un anello di massa. A sua volta la massa dello stadio pilota ( se separato dallo stadio finale) dovrà confluire al centro stella. Al centro stella dovranno confluire anche la massa dello stadio finale e del morsetto di uscita dell’amplificatore. E sempre al centro stella faremo confluire anche i cavi centrali del trasformatore (0). Come ho già detto questa operazione va fatta per ogni canale in modo separato. In altre parole andremo a realizzare un centro stella per ogni canale del finale.

Un anello di massa si può creare anche con la messa a terra dell’amplificatore quando lo colleghiamo al preamplificatore. Infatti se i due apparecchi hanno la messa a terra collegata al telaio e alla massa dei circuiti elettronici il loop si creerà tramite la calza schermata del cavo di segnale che connette preamplificatore e finale. Meglio isolare il centro stella dal telaio e scegliere un punto diverso del contenitore per la messa a terra. In alcune condizioni può essere utile collegare il neutro dall’alimentazione con la messa a terra del telaio tramite un condensatore MKT da 2 – 10 MF per tensioni di 250 – 400 Volt.

Lavorando con la rete elettrica dobbiamo rispettare la normativa in materia di sicurezza, quindi, oltre ad isolare correttamente tutte le parti che presentano tensione di rete è bene accertarsi che le parti metalliche del contenitore siano messe a terra. Per esserne certi verificare con un multimetro che ci sia conduttività tra un pannello e l’altro e il punto di messa a terra.

L’importanza del percorso delle masse riguarda anche il circuito stampato. Disegnare la pista di massa più larga possibile è una buona regola; in alcuni punti può essere utile stagnarla o addirittura stagnarla con spezzoni di cavo (ad es. se i condensatori di livellamento sono montati sul circuito stampato).

Ma allora perché non mettere il trasformatore lontano dall’amplificatore in un altro contenitore? Dal punto di vista del rumore ci sarebbero sicuramente benefici ma sarebbe anche scomodo e di maggiore peso e ingombro. Soluzioni simili si possono realizzare per il preamplificatore dove la potenza di alimentazione richiesta è bassa. A tal proposito parecchi anni fa mi chiamò il responsabile di un negozio, mio amico, che aveva venduto ad un cliente un preamplificatore Mark Levinson. Il cliente, dopo averlo installato, lamentava un fastidioso “ronzio” in uscita dai diffusori. Recatomi sul posto scoprì che la causa del rumore era l’alimentatore separato del Mark Levinson che era stato collocato proprio a ridosso del preamplificatore.

Per risolvere i problemi di rumore audio lo strumento più utile è l’oscilloscopio. L’oscilloscopio consente di visualizzare e misurare la quantità di rumore in uscita e anche di analizzare il tipo di rumore. Se non si dispone di un oscilloscopio bisognerà affidarsi all’orecchio. Il metodo che usavo, prima di permettermi l’acquisto di un oscilloscopio, era di collegare all’uscita dell’amplificatore un altoparlante da 4 Ohm ad alta efficienza e valutare il rumore riprodotto a pochi cm di distanza.

In conclusione con alcuni accorgimenti nella disposizione dei componenti e nel cablaggio della massa si può ridurre il “ronzio” di qualsiasi circuito di amplificazione audio.