Realizzazione sistema di riproduzione sonora HiFi

La storia di questa realizzazione ha del fantastico e dell'incredibile. "Incredibile" perchè è stato costruito da ragazzi di 9-13 anni. "Fantastico" perchè ha visto coinvolti oltre 30 persone ed esperti di 8 diverse nazioni del mondo, tutti riuniti attorno ai fantastici ragazzi del Corso di Elettronica Agorà. 

Era impensabile realizzare quanto fatto, oltretutto, avendo a disposizione un modesto contributo economico del Comune ed una preparazione tecnica molto limitata (derivante dal Corso della Scuola Radio Elettra di Torino, fatto da Antonio in età giovanile, e da preziosi nozioni apprese sulle riviste di Nuova Elettronica).  E invece, la Provvidenza Divina, la generosità e sensibilità di alcuni individui e l'arte dello "zingarià" (saper chiedere) dei ragazzi, hanno reso possibile la realizzazione di questo ambizioso progetto. Con un’operazione senza precedenti, si è riusciti a coinvolgere nell’iniziativa qualcosa come 30 lodevoli personaggi, di almeno 8 diverse nazioni, grazie ai quali è stato possibile (con donazioni, consulenze e supporti vari) perseguire un sogno senza speranze, trasformandolo in un’avventura fantastica ed entusiasmante che, oltre a generare divertimento, ha aperto nuovi orizzonti culturali, avvicinando i ragazzi alla musica e all’affascinante mondo dell’HiFi

 Amplificatore

Caratteristiche generali dell’amplificatore

L’amplificatore in questione è costituito da tre unità separate: due amplificatori mono ed un’unità centrale. Quest’ultima contiene l’amplificatore del subwoofer e la scheda di accensione che provvede ad alimentare i filamenti delle valvole e, con un ritardo di 45 secondi, le anodiche. Sul pannello frontale dell’unità centrale ci sono 3 led (accensione filamenti, accensione anodiche, subwoofer attivo), un interruttore per l’attivazione del subwoofer ed un doppio interruttore generale, di cui uno a chiave. Lo sportello superiore trasparente permette l’accesso al modulo amplificatore del subwoofer … con le sue varie regolazioni (frequenza d’incrocio, livello, fase, etc).

Ma veniamo all’amplificatore. Si tratta di un 300B a due stadi. Queste le particolarità del sistema:

- alimentazione indipendente, di tipo induttivo e senza elettrolitici, per entrambi gli stadi;

- collegamento diretto tra i due stadi, mediante connessione a cascata delle alimentazioni (il positivo del 1° stadio è, al tempo stesso, il negativo del 2° stadio); il bias per la 300B viene praticamente generato dalla caduta di tensione prodotta dalla induttanza anodica della valvola del primo stadio e dalla resistenza ad essa in serie.

 1° Stadio (Ingresso/Pilota)

Si tratta di un semplice amplificatore a catodo comune gestito dalla 6C45P. Le ragioni che ci hanno indotto a scegliere questa valvola sono essenzialmente tre: a) ottenere un guadagno elevato (per poter collegare il CD-player senza l’interposizione di un preamplificatore); b) disporre di una discreta quantità di corrente (per pilotare adeguatamente la 300B); c) facile reperibilità e costi contenuti. Alle tante virtù, però, questo triodo associa anche un paio di difetti. In particolare:

a) variabilità anche notevole tra i vari esemplari e b) suono aspro (da stato solido) quando lavora con correnti relativamente elevate (35-45 mA).

Tali problematiche sono state risolte, nel nostro caso, a) utilizzando tubi selezionati ed accoppiati, b) predisponendo un sistema di regolazione fine del bias (vedi sotto) e c) facendo lavorare i tubi con una bassa corrente anodica (14 mA). I punti di lavoro scelti sono stati i seguenti: Va=166 V, Ia=14 mA e Vg=-2.1 V. Come carico anodico abbiamo utilizzato un carico di tipo induttivo (270 H - Lundahal 1667); questo consente un guadagno, dinamica e riduzione della distorsione non possibili con un classico carico resistivo puro. L’induttanza anodica, infatti, rappresenta una sorta di sorgente di corrente costante per la 6C45P, offrendo, per di più, un’impedenza molto elevata. La qualità di questo componente, però, è piuttosto critica. In una precedente versione avevamo utilizzato un’altra induttanza … con risultati davvero molto scadenti (sia da un punto di vista sonico che elettrico)!

Per la polarizzazione di griglia abbiamo optato per il tradizionale bias R-C in cui la resistenza catodica (148 ohm) è costituita da un gruppo di 2 resistenze (R2, R6) + 1 trimmer (R3). Questi tre componenti sono collegati in modo da consentire una regolazione fine del bias senza, però, che il trimmer rappresenti un pericolo per il circuito. Infatti, in caso di cattivo funzionamento di questo la resistenza R6 (da 220 ohm) garantisce ancora un bias di 3V. 

All’ingresso dello stadio abbiamo inserito un trasformatore 1:1 (10K-10K - Sowter 3575), al fine di

a) garantire un isolamento galvanico tra amplificatore e sorgente, b) fornire un’impedenza elevata alla griglia della 6C45P (mediante il secondario del trasformatore) e c) mantenere il più possibile costante il bias nell’eventualità di correnti di griglia (… il secondario del trasformatore produce cadute di tensione notevolmente più basse rispetto ad una comune resistenza).

La resistenza da 100 ohm (R4) posta sulla griglia della valvola (saldata direttamente sul piedino dello zoccolo) ha la funzione di prevenire le oscillazioni mentre, la resistenza da 1 ohm tra catodo e massa (R5), è stata inserita per consentire il monitoraggio della corrente anodica.

2° Stadio (Finale)

Non potevamo non impiegare la “regina” delle valvole per questo stadio. I punti di lavoro scelti sono Va=365 V, Ia=65 mA Vg=-71V. La polarizzazione di griglia della 300B è generata dalla caduta di tensione prodotta dall’induttanza anodica (Lundahal 1667) e dal gruppo di 3 resistenze (R10, R11, R9). Come nel caso delle resistenze di catodo della 6C45P, queste 3 resistenze sono collegate in modo da consentire una regolazione fine del bias della 300B, senza, però, correre il rischio di gravi danni nell’eventualità di un cattivo funzionamento del trimmer. In aggiunta, i valori dei componenti sono stati scelti in modo da far scorrere, nel trimmer, solo un quantitativo molto piccolo di corrente. Per l’alimentazione del filamento abbiamo scelto la corrente alternata, affidando al potenziometro R8 (100 ohm – 2W) la riduzione dell’hum. La resitenza da 1 ohm posta sul catodo serve, come per la 6C45P, a monitorare la corrente anodica dello stadio finale.

Il trasformatore di uscita ha un’impedenza del primario di 3.5K ed è prodotto dalla AE Europe (Olanda).

Alimentazione

Ciascuno dei due stadi è dotato di una propria alimentazione; questa è di tipo induttivo (LCLC), con una resistenza di carico (R12 per la 300B e R13+R14, per la 6C45P) avente lo scopo di shiftare a massa una piccola percentuale (10-20%) della corrente del circuito e (cosa molto utile) scaricare i condensatori quando l’apparecchio è spento.

Non ci sono condensatori elettrolitici; quelli impiegati sono in polipropilene (donati, con grande generosità e sensibilità, assieme a diversi altri componenti, da Mauro Zeppilli della Audiokit di Aprilia) e quello posto direttamente sul percorso del segnale è in carta ed olio. I due secondari per le anodiche provengono da un unico trasformatore (T3) ed il raddrizzamento è ottenuto mediante tubi a vuoto (5U4G). L’alimentazione dei filamenti è fornita da un altro trasformatore (T4) che provvede ad alimentare i filamenti di tutte le valvole (6C45P, 300B, e le due 5U4G). L’impiego dei due trasformatori separati comporta due importanti vantaggi: a)  pre-riscaldare i filamenti delle valvole prima di attivare le anodiche (mediante un circuito basato sull’NE555 e dislocato nell’unità centrale); b) garantire la costanza dei rapporti di tensione tra le varie sezioni in caso di variazioni della tensione di rete. 

Note costruttive

Ciascuna delle due unità mono è costruita attorno ad un telaio a “C” di acciaio (2 mm). Nello spazio compreso tra i due bracci corti della C sono dislocati i condensatori in polipropilene e tutti i ferri (ad eccezione del trasformatore di uscita e dell’induttanza anodica). Sul piano superiore sono collocati i rimanenti componenti e gli elementi di cablaggio.  Il tutto è stato poi incluso in un telaio di legno e ricoperto da 2 piastre in policarbonato trasparente (resistente al calore). Sulla parte posteriore delle unità, sono dislocate le boccole di accesso ai test point. Queste sono racchiuse all’interno di uno scomparto, assieme alle manopole dei trimmer di regolazione del bias e al commutatore (220-230-240 Vac) del primario dei trasformatori (per i filamenti e le anodiche).  L’accesso al sistema delle regolazioni è protetto da mani indiscrete mediante un piccolo pannello trasparente di policarbonato. L’insieme dei test point consente il monitoraggio di tutto il sistema, senza smontare alcun componente. In pratica, è possibile misurare il bias, la tensione e la corrente anodica di entrambe le valvole.

Misurazioni ed ascolto

La valutazione della risposta in frequenza ha evidenziato una performance davvero strepitosa: i – 3 dB si raggiungono a 5 Hz e 81 KHz. Per un ampli SE senza controreazione … è davvero tanto. La stessa valutazione, condotta con un segnale d’ingresso massimale (1.4 Vrms, che produce una Vout di 7.3 Vrms su 8 ohm … prossima al clipping), ha evidenziato risultati sovrapponibili; i -3dB, in queste condizioni massimali, si raggiungono a 10 Hz e 71 KHz. Il clipping, nel complesso, sembra molto buono …  con una giusta simmetria dei rami (fig. 14 e 15).

Per quanto riguarda le prove d’ascolto, possiamo solo dire che hanno chiaramente evidenziato una qualità di riproduzione davvero strepitosa. 

Diffusori

Il diffusore dipolo è un particolare tipo di diffusore, aperto posteriormente. In pratica, gli altoparlanti non hanno la membrana posteriore chiusa da un box, per cui, l'irradiazione delle onde sonore avviene in entrambe le direzioni, sia anteriormente che posteriormente. Il vantaggio è quello di avere una scena sonora particolarmente ampia, profonda ed aperta ed una qualità di riproduzione davvero eccellente, perché gli altoparlanti (che devono avere particolari requisiti), non avendo la contropressione di un volume d'aria interno, come avviene nei sistemi chiusi (sospensione pneumatica) o "semichiusi (bass reflex), sono liberi di vibrare e non subiscono alcuna interferenza.

Un problema correlato con questo tipo di sistema è, però, quello delle basse frequenze. Le due emissioni (anteriore e posteriore) degli altoparlanti sono in opposizione di fase, per cui, lungo il bordo laterale del pannello su cui essi sono montati si verifica il cosiddetto”cortocircuito acustico”, cioè l’annullamento acustico delle due emissioni sonore. La frequenza di comparsa del cortocircuito acustico è in funzione delle dimensioni del pannello: più largo è il pannello, più in basso avviene il cortocircuito. Teoricamente, per evitare una brusca perdita in potenza sui bassi, il pannello su cui sono montati gli altoparlanti di un sistema dipolo dovrebbe avere dimensioni enormi (almeno 2-3 metri). Ovviamente, un tale diffusore sarebbe difficile da digerire e da collocare (oltre che orribile da un punto di vista estetico). Per ovviare a ciò, i sistemi dipolo vengono realizzati con un pannello anteriore (su cui sono montati gli altoparlanti) collegato a due pannelli laterali (alette) che rappresentano un prolungamento virtuale del pannello anteriore. Questa strategia realizzativa fa sì che il cortocircuito acustico avvenga a frequenze più basse.

I nostri dipolo rispecchiano questa filosofia ma apportano due innovazioni: 1) le alette laterali sono ricurve e mobili (cioè regolabili); 2) sono dotati di subwoofer attivo ad emissione dipolare.

La prima caratteristica (alette ricurve e semovibili) produce diversi vantaggi al sistema: miglior impatto estetico, possibilità di regolazione della emissione posteriore, maggiore possibilità di adattamento all’ambiente di ascolto, possibilità di ridurne le dimensioni quando inutilizzati.

La seconda caratteristica (subwoofer), invece, consente di usufruire “pienamente” dei diffusori anche quando il brano musicale contiene bassi rientranti nelle prime 4-5 decadi della gamma di riproduzione (30-50 Hz). Pertanto, anche brani rock o metal possono essere riprodotti senza limitazione. Inoltre, il fatto che l’emissione di questi subwoofer sia di tipo “dipolo”, fa sì che la riproduzione dei sub si integri molto bene con il resto del sistema. Infine, per la gioia dei puristi, il subwoofer è disinseribile in qualunque momento, semplicemente premendo su un interruttore del pannello anteriore dell’amplificatore. Per cui, se si vuole ascoltare musica solo con i dipolo (senza subwoofer), l’interruttore viene spento. Se, invece, si vuole ascoltare musica usufruendo dei subwoofer, l’interruttore viene acceso.

La progettazione dei nostri dipolo è opera di Nicola Santini, uno dei massimi esperti italiani (e non solo) di sistemi dipolo, nonché autore di diverse pubblicazioni in merito. Antonio lo ha conosciuto indirettamente su una rivista di HiFi e gli ha chiesto aiuto per la progettazione di un sistema dipolo avente le caratteristiche sopra menzionate.

La disponibilità di Santini è stata, a dir poco, esemplare. Con una serie infinita di e-mail e telefonate e due trasferte a Lesina (con tanto di complessa strumentazione) ha reso possibile la realizzazione di questo magnifico sistema di diffusione sonora. Inoltre, grazie alla sua intermediazione con Lino Esposito (della Ciare) e Raimondo Sbarbati (della Sica) si è riusciti ad ottenere “gratuitamente“ gli altoparlanti impiegati.

Provvidenziale è stato anche l’intervento di Axel Ridtahler (Germania) e Rudolf Finke (Germania), che hanno supportato la realizzazione dei subwoofer dipolo, e di Remo Cattaneo (Svizzera) che ha fornito ad un prezzo ridotto gli altoparlanti.

                                                   Cross-over

 Foto ricordo