Controreazione e carico resistivo.

Un carico maggiormente resistivo, come possono essere le cuffie (elevata impedenza), risente meno degli svantaggi della controreazone globale di un' amplificazione? Anche quelli con elevato picco di risonanza, ma sempre alta impedenza?


Più è elevata è l' impedenza del carico e maggiore è la barriera alla forza controelettromotrice?

eisenstein ha scritto:Un carico maggiormente resistivo, come possono essere le cuffie (elevata impedenza), risente meno degli svantaggi della controreazone globale di un' amplificazione?

Svantaggi della controreazione globale? Se esistono degli svantaggi, bisogna capire se sono legati effettivamente alla controreazione, o a qualcos'altro. E' facile dare la colpa a un metodo: tutti sappiamo che un'automobile non può essere utilizzata senza lo sterzo, ma qualcuno potrebbe criticare questa pratica tecnologia, tirando fuori - speciosamente - il grosso problema della convergenza¹, e proporre, al suo posto, un timone.

I cosidetti "svantaggi" della controreazione sono gli stessi che ci troviamo tra i piedi ogni volta che analizziamo l'applicazione di un metodo e i risultati non ci soddisfano: il manico di chi lo ha applicato.

In linea di massima, un amplificatore per cuffie dinamiche vedrà sempre un carico praticamente resistivo, una situazione del tutto diversa rispetto ad un amplificatore per diffusori, nei quali le grosse variazioni del modulo e soprattutto della fase, causate sia dai trasduttori che dal filtro di crossover, possono effettivamente causare dei problemi. Non starò qui a spiegare quali sono questi problemi, di cui parlerò nel thread apposito, per ora è sufficiente sapere che la rete di controreazione è parte del problema, ma insieme a lei lo è anche tutto lo stadio finale. Quindi parlare di "svantaggi della controreazione" è inesatto e bisognerebbe quantomeno specificare di quali svantaggi si tratta.

Ma a parte questo, ed entrando nel vivo della tua domanda e cioè

Più è elevata è l' impedenza del carico e maggiore è la barriera alla forza controelettromotrice?

dove citi espressamente la forza controelettromotrice, il fatto che le cuffie abbiano - in genere, ma non sempre è così - un'impedenza diversi ordini di grandezza più alta rispetto a quella dell'amplificatore, è motivo sufficiente per non preoccuparsi troppo di questo problema.

L'impedenza della cuffia e quella di uscita dell'amplificatore si comportano come un partitore, attenuando - di molto - un'eventuale forza controelettromotrice, già di per se' abbastanza piccola. E' ovvio quindi che cuffie ad alta impedenza favoriranno questa attenuazione.

Assumendo una condizione limite, ovvero quella di una cuffia a bassa impedenza e con un gruppo magnetico molto efficiente - quindi un generatore efficiente - collegata ad un amplificatore ad alta impedenza di uscita - intrinseca, non aumentata artificialmente con una resistenza, quindi con stadio di uscita tipicamente da OTL valvolare - con controreazione globale, potrebbe risentire della forza controelettromotrice che - ricordiamo - è sfasata rispetto al segnale principale. Tale segnale sfasato, tornando all'ingresso dell'amplificatore tramite la rete di feedback, manda in crisi il delicato equilibrio su cui si basa la correzione dell'errore, generando essa stessa un errore, che verrà amplificato, e che può addirittura generare instabilità.

Una condizione limite, che però può presentarsi con una gravità più o meno accentuata in base alle caratteristiche della cuffia e dell'amplificatore. Anche quando l'ampli non suona tanto male, in queste condizioni può perdere gran parte della sua neutralità, non riprodurre correttamente i transienti più veloci, nascondere i dettagli e impastare i passaggi ad alto livello. Tutti difetti che, guarda caso, ritroviamo negli amplificatori valvolari progettati senza criterio, ma che - ahimè - ottengono spesso grande consenso tra alcuni ascoltatori un po' naif, alla ricerca del suono "d'annata".

(¹): Esempio adatto a coloro che si sentono "tutto donne e motori".

Nell'amplificatore VHF-1 o VHF-N il problema della forza controelettromotrice non è importante per tre motivi principali:

1) impedenza intrinseca dello stadio finale molto bassa;

2) assenza della controreazione globale;

3) assenza di protezioni in corrente sullo stadio finale.

Il punto 2) è quello fondamentale: a prescindere dall'entità del problema, un rientro della back-EMF è praticamente impossibile, non esistendo una rete di feedback su cui transitare.

Per quanto riguarda l'impedenza di uscita, essa ad esempio nel VHF-N è di circa 8 ohm, un valore basso di per se' considerando il tipo di carico che viene collegato, ma piuttosto alto se paragonato alle impedenze di uscita tipiche degli amplificatori per diffusori, che sono tipicamente ben inferiori a 1 ohm (qualche milliohm, nella realtà). Ma come vengono ottenute queste impedenze così basse, responsabili degli altissimi fattori di smorzamento tipici dello stato solido? Con la controreazione globale, ovviamente.

Quindi, la stessa controreazione globale, tirata in ballo come causa di un problema, è in realtà una "cura" piuttosto efficace. Almeno fino a quando essa può esercitare il suo controllo sull'amplificatore, cosa che purtroppo non sempre si verifica. La controreazione globale diventa inefficace nei transienti di ampiezza elevata, quando l'ampli si avvicina al clipping... e più veloci sono questi transienti, peggiore è la risposta dell'amplificatore.

Durante il clipping, cioè quando l'amplificatore eroga il massimo della corrente che può erogare, la NFB perde i suoi poteri magici, l'impedenza dello stadio di uscita aumenta esponenzialmente, e si innesca un vortice in cui la back-EMF può generare ulteriori casini.

Può sembrare una situazione limite, ma purtroppo con i diffusori non lo è affatto: la corrente è spesso fuori fase rispetto alla tensione, il che può comportare un'erogazione di corrente superiore a quella consentita dallo stadio finale (e dall'insieme delle sue protezioni in corrente e/o tensione) anche quando apparentemente si è ben dentro i limiti di erogazione. Il problema sono sempre i transienti, ovvero le variazioni repentine dei segnali ad alta dinamica, che mettono in crisi i sistemi di controllo e di protezione.

Quindi scopriamo ancora una volta che il problema non è veramente la controreazione in se', ma la coesistenza di diversi fattori che presi singolarmente sono benefici - o come minimo del tutto innocui -, ma che miscelati insieme possono essere una ricetta piuttosto velenosa per qualunque amplificatore di moderna concezione.

Il VHF-1/VHF-N non fa uso di protezioni in corrente: l'unica protezione - davvero molto efficace - è quella sulla presenza di un'eventuale corrente continua sull'uscita cuffia, a cui è preposto un rele' che è del tutto innocuo nei riguardi del segnale audio. Tale protezione interviene anche quando l'amplificatore va in clipping, perchè in quel momento si genera una componente continua che è immediatamente intercettata dal circuito di protezione.

La circuitazione particolare utilizzata nello stadio finale del VHF-1/VHF-N, ovvero quella di un single-ended con carico attivo, è protetta automaticamente dai corto circuiti, perchè la corrente massima circolante è rigidamente fissata dal generatore di corrente. Per questo non è necessaria una protezione in corrente, ed è per questo che il VHF-1/VHF-N non è soggetto alle limitazioni tipiche degli stadi finali per diffusori, garantendo sempre un'ottima risposta ai transienti anche ad elevati volumi di ascolto.

Credo a questo punto sarebbe importante capire cosa è la reattività di un carico; cosa fa sì che un carico sia maggormente reattivo o resistivo; perché le cuffie sono un carico maggiormente resistivo; se l' impedenza del carico ha una qualche influenza sulla natura reattiva o resistiva del carico. Come la retroazione globale reagisce davanti alla reattanza e resistenza di un carico.

eisenstein ha scritto:Credo a questo punto sarebbe importante capire cosa è la reattività di un carico;

La reattività di un carico lo sappiamo benissimo cosa è. Come lascia intuire il termine, per reattivo si intende un carico che non si limita a dissipare energia come farebbe una semplice resistenza, ma cerca di restituirla in un tempo più o meno breve, comunque successivo a quello dello stimolo. Ad esempio, un condensatore nel quale viene fatta circolare della corrente accumulerà una carica, che esso restituirà nella fase successiva del segnale (al cambio di polarità). Un condensatore favorisce le variazioni di corrente (ovvero diminuisce la sua reattanza all'aumentare della frequenza), mentre un induttore si oppone a tali variazioni, presentando una reattanza induttiva maggiore via via che la frequenza del segnale aumenta.

"Un carico maggiormente resistivo, come possono essere le cuffie, risente meno degli svantaggi della controreazone globale di un'amplificazione". Questo l'hai scritto tu, anche se dopo ci hai messo un punto interrogativo, ma sostanzialmente è così che stanno le cose: meno reattivo è un carico (il che vuol dire che maggiore è la sua parte resistiva rispetto alla sua parte reattiva), e meglio è per l'elettronica che pilota tale carico.

cosa fa sì che un carico sia maggiormente reattivo o resistivo;

Il rapporto tra parte resistiva e reattiva, quindi il modulo e la fase dell'impedenza.

perché le cuffie sono un carico maggiormente resistivo;

Perchè la loro parte resistiva (quella che misuri con un semplice tester) è predominante.

se l' impedenza del carico ha una qualche influenza sulla natura reattiva o resistiva del carico

L'impedenza è parte integrante della natura reattiva del carico. Per questo si chiama impedenza, altrimenti si chiamerebbe resistenza.

In elettronica è molto importante distinguere i due termini: per resistenza si intende un carico che è una resistenza pura, senza alcuna parte reattiva (quindi fase zero e modulo costante con la frequenza); con impedenza si intende un carico di tipo complesso, composto da una parte resistiva e una reattiva.

Come la retroazione globale reagisce davanti alla reattanza e resistenza di un carico.

Si gira indignata e se ne va.