Misura e potenza ideale di un amplificatore audio

Tutte le volte che invitavo gli amici ad ascoltare un nuovo amplificatore, la prima domanda era: che potenza ha? In realtà la potenza di un amplificatore è un parametro da valutare con largo margine. La misura della potenza massima si rileva su carico resistivo alla frequenza di 1 kHz. Il problema è che anche misurando la potenza massima su tutto lo spettro audio udibile (teorico da 20 a 20000 Hz) non sarà quella che otterremo collegando un diffusore. Infatti il diffusore non è un carico resistivo, tutt’altro. Quando parliamo di diffusori per identificarne la resistenza parliamo di impedenza nominale. Ma anche l’impedenza diventa orientativa perché non è costante ma è legata alle curve di impedenza degli altoparlanti per cui quella dichiarata non è altro che la media delle varie impedenze. A complicare le cose, poi, c’è anche il filtro crossover composto da bobine in rame (carico induttivo), resistenze e condensatori (carico capacitivo). Ne viene fuori un carico complesso che varia al variare della frequenza. Un diffusore con impedenza nominale dichiarata di 8 ohm può discostarsi anche di molto da detta impedenza proprio perché legato alla frequenza riprodotta e se teniamo conto che la riproduzione musicale riguarda contemporaneamente diverse frequenze è facile intuire che, ad esempio, un finale con potenza nominale di 100 watt su 8 ohm ci dice poco sulla capacità di pilotare al meglio un diffusore audio. Quello che potrebbe darci maggiore indicazione è la capacità di erogare corrente. Se amplifichiamo un’onda sinusoidale con il nostro amplificatore da 100 watt su 8 ohm ai capi della resistenza con un voltometro misureremo 28,3 volt prima che vada in saturazione (clipping). Se colleghiamo un carico da 4 ohm dovremmo ottenere 200 watt e con un carico di 2 ohm 400 watt. Un finale così progettato sarebbe un finale ideale, certamente realizzabile ma decisamente costoso. Quando si acquista un amplificatore di potenza tra le caratteristiche dichiarate è bene valutare la potenza nominale RMS su 8 e 4 ohm. E’ evidente che in un amplificatore maggiore sarà la capacità di erogare corrente, maggiore sarà la capacità di pilotare carichi difficili. Se ne desume che nella progettazione di un amplificatore lo stadio di uscita è l’alimentazione determinano la vera potenza dell’amplificatore. Si potrebbe osservare che in un ambiente domestico potenze elevate non servono. Potrei essere d’accordo se i diffusori si presentassero come un carico resistivo con impedenza costante. Essendo un carico complesso con impedenza variabile, per essere sicuri che qualsiasi picco di segnale o segnali contemporanei a diverse frequenze, resti molto al di sotto del limite erogabile, la potenza di un finale non dovrebbe essere scelta in base alla dimensione dell’ambiente e all’efficienza dei diffusori ma anche tenendo conto di ottenere la pressione sonora voluta con un terzo della potenza nominale. In questo modo si avrà la certezza di un ascolto musicale privo di qualsiasi tipo di distorsione anche nei pieni orchestrali. E’ molto facile che amplificatori con poca potenza si trovino ad erogare picchi di segnale prossimi alla saturazione con conseguente aumento della distorsione e degrado della qualità sonora. Amplificatori con bassa potenza dovrebbero essere abbinati a diffusori con efficienza maggiore di 90 dB a meno di non posizionare l’impianto in ambienti ristretti dove più facilmente si raggiunge la pressione sonora voluta senza dover alzare di molto il volume del segnale audio. In ambienti maggiori di 20 – 30 mq amplificatori capaci di erogare 200 watt o più potrebbero essere la scelta ideale. Quasi tutti i diffusori hanno un’impedenza dichiarata tra 6 – 8 ohm per cui il mio consiglio è di accoppiarli ad amplificatori di potenza capaci di pilotare carichi di 8 e 4 ohm. Per diffusori da 4 ohm l’amplificatore deve riuscire ad erogare potenza anche su carichi di 2 ohm.

Tra le numerose le misure strumentali che si possono fare su un amplificatore, alcune già trattate, quella della potenza rimane la misura che suscita maggiore interesse. Per misurarla serve un carico resistivo da almeno 200 watt, un generatore di segnale sinusoidale e un oscilloscopio.

Il carico può essere costruito utilizzando resistenze corazzate montate su una base di alluminio che ne favorisce la dissipazione termica. Ovviamente la potenza può essere misurata su qualsiasi frequenza ma quella di riferimento è di 1 kHz. La procedura di per se è molto semplice: Colleghiamo all’ingresso dell’amplificatore il cavetto del segnale in uscita dal generatore e all’uscita dell’amplificatore il carico resistivo. Ai capi del carico resistivo colleghiamo il puntale dell’oscilloscopio avendo cura di rispettare positivo e massa. A questo punto accendiamo l’amplificatore e attendiamo circa 20 minuti prima di procedere alla misura. Questo tempo serve affinché tutti circuiti dell’amplificatore raggiungano la corretta temperatura. Procediamo aumentando lentamente il segnale in ingresso dell’amplificatore agendo sul volume del generatore o, se è presente, dello stesso amplificatore, fino a quando l’onda sinusoidale visualizzata dall’oscilloscopio non accenni a tosare nella cresta. A questo punto calcoliamo il valore picco picco dell’onda sinusoidale contando i quadretti in verticale del reticolo dello schermo dell’oscilloscopio e moltiplicandoli per i volt per singolo quadretto (Gli oscilloscopi digitali visualizzano in tempo reale il valore picco picco e anche il valore RMS.). Per visualizzare onde con valori superiori a 40 Vpp bisogna attenuare la sonda dell’oscilloscopio di 10 volte. Bene! una volta effettuata la misura per ottenere la potenza dell’amplificatore è sufficiente risolvere la formula:

1)Potenza Watt = V² / R – dove V= Volt RMS e R= resistenza di carico in Ohm;

oppure

2)Potenza Watt = (Vp / 1,41)² / R – dove Vp = volt di picco;

3)Potenza Watt = (Vpp / 2,82)² / R – dove Vpp = volt picco picco.

Nell’esempio sopra la misura della potenza di uscita di un mio amplificatore su carico di 8 e 4 ohm. Su carico di 8,2 ohm la tensione in uscita è di 90 Volt picco picco che corrisponde a 31,91 Volt RMS (90 / 2,82 ). Risolvendo la formula PW=V² / R, abbiamo: PW=31,91² / 8,2 = 124

Risolvendo su carico di 4,1 ohm abbiamo: PW=29² / 4,1 = 205

Possiamo affermare che l’amplificatore ha una potenza di uscita efficace di 120 Watt RMS su 8 ohm e 200 Watt RMS su 4 ohm per canale. Questo amplificatore non avrà difficoltà a pilotare diffusori con impedenza di 6 – 8 ohm.

Nota: ho utilizzato un multimetro digitale per la lettura dei volt RMS in uscita dell’amplificatore allo scopo di evidenziare la corrispondenza con la misura rilevata dall’oscilloscopio. L’oscilloscopio può darmi direttamente sul display numerose misure ma il mio intento è dimostrare che se non si dispone di un oscilloscopio si può comunque misurare la potenza di uscita di un amplificatore. Ad esempio nell’immagine sopra continuando ad aumentare il segnale in ingresso l’aumento del segnale in uscita non avrebbe superato i 31 – 32 volt, per cui togliendo circa 3 volt, dal momento in cui all’aumento di segnale in ingresso non corrisponde un aumento di segnale in uscita, otteniamo approssimativamente la massima tensione in uscita prima della saturazione.