{"id":621,"date":"2020-08-26T10:24:10","date_gmt":"2020-08-26T08:24:10","guid":{"rendered":"https:\/\/www.brunopelle.it\/?p=621"},"modified":"2024-06-13T16:13:32","modified_gmt":"2024-06-13T14:13:32","slug":"misura-del-fattore-di-smorzamento-negli-amplificatori-potenza-damping-factor","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.brunopelle.it\/?p=621","title":{"rendered":"Misura del fattore di smorzamento negli amplificatori di potenza – (Damping Factor)"},"content":{"rendered":"\n

Il fattore di smorzamento dell’amplificatore (in inglese damping factor) \u00e8 il rapporto tra l’impedenza di carico e l’impedenza di uscita interna dell’amplificatore<\/em>, dove il carico \u00e8 costituito dall\u2019altoparlante e tutto ci\u00f2 che intercorre.<\/p>\n\n\n\n

Per misurare il fattore di smorzamento (DF) si deve misurare l\u2019impedenza di uscita dell\u2019amplificatore (Rout). Per la misura si procede sostituendo al diffusore una resistenza pari all\u2019impedenza di carico dichiarata dal costruttore ( di solito 8 ohm). Si procede poi misurando la tensione a vuoto e la tensione con carico.<\/p>\n\n\n

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\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Assumendo che:<\/p>\n\n\n\n

Vn<\/strong> = tensione senza carico (in volt)<\/p>\n\n\n\n

Vz<\/strong> = tensione con carico (in volt)<\/p>\n\n\n\n

Ic <\/strong>= impedenza di carico ( in ohm), dove Ic potr\u00e0 essere sostituita da una resistenza di carico analoga all\u2019impedenza di uscita<\/em><\/p>\n\n\n\n

Rout sar\u00e0: Rout <\/strong>= (Vn \u2013 Vz) \/ (Vz \/ Ic)<\/p>\n\n\n\n

Il fattore i smorzamento sar\u00e0: DF<\/strong>= Ic \/ Rout<\/p>\n\n\n\n

Come strumento per la misura del segnale in uscita dall\u2019amplificatore si pu\u00f2 utilizzare un multimetro con risoluzione a 4 cifre in tensione alternata capace di misurare la frequenza nel range dai 20 ai 20000Hz, o ancora meglio un oscilloscopio che, oltre alla misura, consente di visualizzare la forma d\u2019onda che si sta misurando. L\u2019accuratezza delle misure \u00e8 indispensabile per ottenere risultati attendibili. Variazioni di pochi centesimi di volt determinano variazioni significativi nel valore del fattore di smorzamento. Questo vuol dire che la resistenza di potenza che andr\u00e0 a sostituire l\u2019impedenza del carico dovr\u00e0 essere serrata ai morsetti di uscita del finale utilizzando del cavo corto! Non pi\u00f9 di 15 cm di lunghezza con sezione maggiore di 2 mm. Fare attenzione ad un usare un generatore di segnale audio sinusoidale con regolazione d’ampiezza in uscita. L\u2019amplificatore di potenza di media ha una sensibilit\u00e0 di ingresso di 1 volt per cui \u00e8 facile mandarlo in saturazione. Scegliere un resistenza di carico almeno di 10 \u2013 20 watt (dipende dalla potenza nominale del finale), ancora meglio se dissipata. Personalmente effettuo una prima misura a 1 watt RMS e una seconda misura a circa un terzo della potenza nominale dall’amplificatore alla frequenze di 20Hz; 50Hz; 100Hz; 1000Hz; 10000Hz; 20000Hz.<\/p>\n\n\n

Calcolo impedenza di uscita e fattore smorzamento<\/h2>\n\n\n\n\n\t\n\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t
Frequenza Hz<\/th>Volt a vuoto (Vn)<\/th>Volt con carico) Vz<\/th>Carico ohm (Ic)<\/th>Impedenza uscita (Rout)<\/th>Damping Factor (DF)<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
20<\/td>1,23<\/td>1,2<\/td>8<\/td>0,24<\/td>40<\/td>\n<\/tr>\n
50<\/td>1,23<\/td>1,2<\/td>8<\/td>0,24<\/td>40<\/td>\n<\/tr>\n
100<\/td>1,22<\/td>1,19<\/td>8<\/td>0,242<\/td>39,67<\/td>\n<\/tr>\n
1000<\/td>1,21<\/td>1,18<\/td>8<\/td>0,244<\/td>39,33<\/td>\n<\/tr>\n
10000<\/td>1,21<\/td>1,18<\/td>8<\/td>0,244<\/td>39,33<\/td>\n<\/tr>\n
20000<\/td>1,21<\/td>1,18<\/td>8<\/td>0,244<\/td>39,33<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\nEsempio di misura di un amplificatore di 100 watts RMS su 8 ohm e 180 su 4 ohm. L'andamento quasi costante dell'impedenza di uscita e del fattore di smorzamento da 20Hz a 20Khz dimostrano l'elevata risposta in frequenza ad anello aperto e la bassa retroazione applicata.<\/span>\n\n\n\n
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Carico resistivo<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n
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Calcolo DF<\/a><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

Il fattore di smorzamento, oltre ad evidenziare eventuali anomalie del circuito, da indicazione su un serie di caratteristiche come la risposta in frequenza ad anello aperto, la quantit\u00e0 di retroazione .<\/p>\n\n\n\n

La progettazione di un amplificatore \u00e8 sempre frutto di una serie di compromessi. Un amplificatore viene considerato buono se piace all\u2019ascolto con tutti i limiti dell\u2019apparato uditivo. Spesso si tende ad estremizzare alcuni parametri di un amplificatore che, in realt\u00e0, sono strettamente strumentali e che l\u2019orecchio umano, proprio perch\u00e9 tale, non pu\u00f2 percepire o percepire anche negativamente. Ricordo la corsa nella riduzione della distorsione armonica totale che parecchi anni coinvolse alcuni costruttori che vantavano nel THD dei propri apparecchi numerosi zeri dopo la virgola. All\u2019ascolto la reazione degli \u201caudiofili\u201d \u00e8 stata esattamente l\u2019opposto di quella attesa. Il motivo era semplice: tale misura implicava, nella progettazione dell’amplificatore, una forte retroazione del segnale e l\u2019eccessiva retroazione, se da una lato riduceva a livelli bassissimi il THD, dall\u2019altra ne penalizzava altri parametri. Tornando al fattore di smorzamento ci sono diversi studi che dimostrano che superare certi valori serve solo ad una lettura puramente strumentale. Dick Pierce nel suo lavoro ha pubblicato una tabella dove \u00e8 evidente quanto il fattore di smorzamento dell\u2019amplificatore incide poco rispetto il fattore di smorzamento del diffusore. In particolare nella tabella pubblica il tempo di ondulazione della risposta dell’altoparlante e il tempo di decadimento, cio\u00e8 il tempo necessario affinch\u00e9 l’altoparlante torni nella posizione di riposo dopo la l’arresto del segnale, in relazione al fattore di smorzamento, al Qtc dell\u2019altoparlante, all\u2019impedenza di uscita dell\u2019amplificatore e al Qec. Ebbene con un fattore di smorzamento di 10 riporta un\u2019ondulazione di 0,11dB e un tempo di decadimento di 0,043s; con un fattore di smorzamento di 20 riporta un\u2019ondulazione di 0,033dB e un tempo di decadimento di 0,041s ; con fattore di smorzamento di 50 riporta un\u2019ondulazione di 0,04dB e un tempo di decadimento di 0,04s; con fattore di smorzamento di 100 riporta un\u2019ondulazione di 0,0015dB e un tempo di decadimento di 0,04s ecc. Dall’analisi della tabella \u00e8\u2019 evidente che anche di fronte a un fattore di smorzamento elevato non ci sono variazioni udibili. Un fattore di smorzamento di 20 crea solo un\u2019ondulazione di 3 centesimi di decibel che non \u00e8 alla portata del nostro orecchio e su un fattore di smorzamento di 10 si potrebbe discutere sulla effettiva capacit\u00e0 dell\u2019orecchio umano di percepirne la variazione.<\/p>\n\n\n\n

Al dato tecnico si possono aggiungere i numerosi estimatori di amplificatori a valvole che sostengono la riproduzione di un suono pi\u00f9 gradevole rispetto quelli a stato solido. Senza entrare nel merito, gli amplificatori a valvole difficilmente raggiungono un fattore di smorzamento superiore a 20. E\u2019 ragionevole, quindi, considerare buono un fattore di smorzamento maggiore di 20 per un amplificatore di potenza a stato solido .<\/p>\n\n\n\n

Perch\u00e9 il fattore di smorzamento incide poco sulla gestione del carico?<\/p>\n\n\n\n

Per prima cosa dobbiamo capire quali parametri va a migliorare il fattore di smorzamento e quali rimangono comunque inalterati. Quello che influenza l’impedenza di uscita dell\u2019amplificatore \u00e8 proprio la gamma bassa del diffusore e quindi il Woofer e la sua impedenza. Un altoparlante per le sue caratteristiche pu\u00f2 essere paragonato ad un circuito risonante. Caratterizzato da un fattore di merito (Q) che rappresenta il rapporto tra la potenza reattiva e la potenza attiva dissipata dalle resistenze. Meglio \u00e8 se distinguiamo Q in: fattore di merito meccanico (Qms, fattore di merito elettrico (Qes) e fattore di merito totale (Qts). Senza addentrarci nello specifico possiamo dire che l\u2019amplificatore interviene solo sui parametri elettrici (in fig.2 il modello elettrico equivalente<\/em>) e quindi sul fattore di merito elettrico mentre nel definire l\u2019impedenza di un diffusore ci ritroviamo tutti i parametri del trasduttore e anche l\u2019influenza del filtro crossover. Ritornando al fattore di smorzamento, la ragione per chiamare questo parametro “smorzamento” \u00e8 che quando un altoparlante \u00e8 pilotato dall’uscita dell’amplificatore, l’inerzia delle parti mobili dell’altoparlante fa s\u00ec che continui a muoversi alla sua frequenza di risonanza come un sistema risonante che continua a muoversi quando viene messo in moto. La bobina mobile muovendosi all\u2019interno del campo magnetico prova a restituire potenza all’amplificatore anche dopo che il segnale \u00e8 terminato. In altre parole quando il cono dell’altoparlante viene spostato, nel tornare alla posizione iniziale, la massa del cono in movimento e le sospensioni del trasduttore non si arrestano immediatamente.<\/p>\n\n\n

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l’indefinita armonia apodittica della natura<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n
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Interessante l\u2019articolo \u201cLo smorzamento negli altoparlanti<\/strong>\u201d di Edgard M. Villchur<\/a> (inventore della sospensione pneumatica nei diffusori e fondatore insieme a Henry Kloss dell’Acoustic Research Inc.<\/em> conosciuta come AR<\/strong>) curato d G. Baldan pubblicato sulla rivista \u201cAudio\u201d del 1957. Descrivendo lo smorzamento magnetico degli altoparlanti in un esempio rivolto a dimostrare lo smorzamento meccanico dell\u2019altoparlante invita a cortocircuitare i terminali della bobina mobile e di muovere il cono del woofer avanti e indietro con la mano. Si avr\u00e0 la sensazione che la bobina mobile sia immersa in un fluido viscoso. L\u2019apparente viscosit\u00e0 scompare appena si toglie il cortocircuito. Questo corto circuito pu\u00f2 essere assimilato al collegamento dell\u2019altoparlante ad un amplificatore con bassa impedenza d\u2019uscita.<\/em><\/span><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Nell\u2019ipotesi di un\u2019impedenza di uscita dell\u2019amplificatore di 0,01 con un fattore di smorzamento di 800 su 8 ohm, il semplice collegamento del cavo di potenza, per quanto buono, aumenter\u00e0 l’impedenza di uscita. Esempio: un cavo di rame OFC di 2,5 mm di diametro con resistenza di 0,018 ohm\/metro per una lunghezza di 3 metri (andata e ritorno 6 metri) avr\u00e0 una resistenza complessiva di 0,108 (0,018×6) ohm che sommata all\u2019impedenza dell\u2019amplificatore porter\u00e0 il suo valore a 0,118 abbassando il fattore di smorzamento a 67,7. Stessa ipotesi con un\u2019impedenza di uscita dell\u2019amplificatore di 0,5 ohm su 8 ohm e quindi con un fattore di smorzamento di 16, sommando la resistenza del cavo di potenza avremo un valore di 0,608 e un fattore di smorzamento di 13.1.<\/p>\n\n\n

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\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n
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Sezione di un altoparlante<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Rifacendoci ai parametri di Thiele e Small, la massa \u00e8 Mms, il Vas \u00e8 la cedevolezza della sospensione e Fs (frequenza di risonanza) \u00e8 la frequenza alla quale si verifica il movimento continuo. Poich\u00e9 la bobina mobile \u00e8 sospesa all’interno di un campo magnetico, il movimento continuo della bobina genera una tensione e quella tensione provoca un flusso di corrente che continua a spostare il cono avanti e indietro. Quindi l’idea \u00e8 che se l’uscita dell’amplificatore \u00e8 vicina al cortocircuito, la tensione generata nella bobina far\u00e0 fluire la corrente attraverso l’impedenza di uscita e pi\u00f9 corrente scorre, pi\u00f9 veloce sar\u00e0 l’energia dissipata e pi\u00f9 velocemente si fermer\u00e0 il cono dell\u2019altoparlante. Dunque, rifacendoci al modello equivalente di fig.2<\/em> quando l’altoparlante \u00e8 in movimento l’energia viene immagazzinata nella risonanza e quando il segnale scompare, la corrente scorre verso massa attraverso il resto del circuito. Quindi la corrente che fluisce passa attraverso la resistenza Re dell’altoparlante, l’induttanza della bobina mobile Le, che non oppone resistenza e l’impedenza di uscita dell’amplificatore Rout. A questo punto \u00e8 facile, applicando la legge di Ohm verificare quanta corrente scorre. Ipotizzando l’impedenza dell’altoparlante uguale ad Re quindi 6 ohm e l\u2019impedenza di uscita del finale Zout di 0,2 ohm, sommando le due resistenze abbiamo il valore di 6,2 ohm. Se nella bobina mobile vengano generati 20 volt. Per la legge di ohm la corrente \u00e8 uguale a V\/R quindi 20\/6,2=3,225 Ampere che fluiranno dalla risonanza. Siccome in un circuito in serie la corrente \u00e8 costante per determinare quale delle due resistenze ha maggiore influenza basta determinare la caduta di tensione che \u00e8 proporzionale al valore di ciascuna resistenza cio\u00e8: 3,225 x 6 (Re) = 19,35 Volt e 3,225 x 0,2 (Rout) = 0,645 Volt. Il risultato conferma che la bobina mobile dell\u2019altoparlante \u00e8 quella che regola il flusso della corrente.<\/p>\n\n\n

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In diversi amplificatori per ridurre lo sfasamento del segnale in uscita legato agli effetti capacitivi del carico e del cavo di potenza, viene collegata all\u2019uscita, dopo la rete di Zobel, una bobina con un basso valore di induttanza (2 \u2013 12\u00b5H) realizzata con una sezione di filo adeguata a sopportare la massima corrente erogabile. In parallelo alla bobina viene collegata una resistenza di circa 10 \u03a9. Tenendo conto che la bobina pu\u00f2 variare tra le 10 e 20 spire e che le spire avvolte in aria hanno un diametro tra i 2-3 cm, la resistenza del filo riduce il fattore di smorzamento di circa 5 \u2013 10.<\/em>
<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

E’ ragionevole dedurre, quindi, che amplificatori con fattore di smorzamento molto alto non portano un beneficio udibile nella riproduzione del suono. Evidente, invece, che la cura del collegamento dal morsetto di uscita dell’amplificatore al morsetto d’ingresso del diffusore ha un peso maggiore nell’aumento del fattore di smorzamento, quindi, l’utilizzo di cavi di potenza di sezione adeguata (3-4 mm) pi\u00f9 corti possibili, per il collegamento dei diffusori, \u00e8 la prima cosa da ricercare.<\/p>\n\n\n\n

Fermo restando che il fattore di smorzamento da solo non basta a determinare la qualit\u00e0 audio di un amplificatore di potenza, a mio modesto parere, \u00e8 preferibile un valore pi\u00f9 o meno costante dell’impedenza d’uscita, nel range di frequenza tra i 20 e i 20.000Hz, ad un fattore di smorzamento elevato solo nelle frequenze basse.<\/p>\n\n\n\n

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Riferimenti:
<\/span><\/em>DAMPING FACTOR: EFFECTS ON SYSTEM RESPONSEA TECHNICAL ANALYSIS<\/a> – Dick Pierce (Professional Audio Development)
Teoria e pratica dei sistemi di altoparlanti \u2013 Paolo Viappiani<\/em> – 1988<\/em><\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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