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Attenuatore di potenza

GANDON ATTENUATORE

Riassumiamo in queste prime righe le caratteristiche degli attenuatori Gandonlab. L'esperienza di 15 anni tra i prototipi realizzati negli anni (qualche esemplare è riportato nelle immagini) e le varie sperimentazioni, ci ha portati a progettare e realizzare degli apparecchi a prova di bomba. NON VENGONO USATI REOSTATI, perchè disadattano l'impedenza di uscita degli amplificatori e fanno degradare prematuramente le valvole finali. L'impedenza è e rimane costante al variare dell'attenuazione e i blocchi di attenuazione sono testati in laboratorio a 2 volte la potenza nominale.

Il collegamento consiste di due prese jack d'ingresso dall'ampli e  due di uscita verso la cassa a seconda delle esigenze. A -20dBW l'attenuatore può essere utilizzato come unità di carico (Load Box), ed è sempre possibile inviare il segnale ad un mixer tramite l'uscita line out bilanciata e/o sbilanciata, disaccoppiata galvanicamente dal circuito di massa in modo da evitare l'insorgere dei fastidiosi ground loop.
 

Questo è un esempio di un attenuatore con 5 step di attenuazione da 4 dBW, più Bypass e compensazione in frequenza ad 11 posizioni in modo da poter trovare in ogni combinazione il giusto equilibrio di compenzazione. In questo modo il suono rimarrà sempre naturale. Gli step più utilizzati sono 4dBW 8 dBW 12 dBW 16 dBW 20dBW. L'abbassamento di 4 dBW corrisponde ad un abbassamento della potenza in uscita di 2,5 volte rispetto a quella iniziale e tale valore si è rivelato un ottimo valore di step adatto ad ogni esigenza. La compensazione in frequenza copre dalle basse alle alte frequenze ed il livello di compensazione è regolabile. In corrispondenza dei 20dBW di attenuazione si può far intervenire un potenziometro di potenza che provvede a fornire una ulteriore attenuazione fino ad arrivare all'assenza di volume.

La soglia di udibilità sonora in corrispondenza della quale si percepisce una variazione di volume è di 3 dBW, pertanto è preferibile scegliere step da 4 dBW. E' inoltre presente inserire un line out (sbilanciato e/o bilanciato) con relativo controllo di livello, da meno infinito a +11 dBu.

Una chiacchierata sugli attenuatori...

Molti attenuatori di potenza per chitarra o basso, esistenti in commercio, hanno il problema di tralasciare l'adattamento di impedenza tra l'amplificatore di potenza e il diffusore (cassa), senza contare il fatto che si scaldano al punto da fumare, in certi casi. Il principio di funzionamento dei suddetti attenuatori in commercio risiede in un semplice partitore resistivo, realizzato con un reostato, ossia un "potenziometro" di potenza realizzato a filo, in grado di dissipare parecchie decine di watt. Per come è costruito, però, non rappresenta solamente un carico resistivo puro, ma anche induttivo a causa delle spire di rame che costituiscono il reostato. Tale effetto si traduce in un filtraggio di certe frequenze, che dipendono prevalentemente dalla posizione del cursore del suddetto reostato.  

La resistenza totale del reostato è R. La tensione d'uscita del partitore, quella che viene inviata alla cassa, è calcolabile attraverso la formula del partitore di tensione: Vout = Vin * (Rx/R), dove Rx è il valore resistivo impostato sul reostato. La potenza che quindi va alla cassa è: Pcassa =Vout^2 /Zcassa = Vin^2 *[(Rx2*Zc)/(RRx+RZc-Rx2)]. Si nota quindi che l'impedenza “vista” dall'amplificatore è : Ztot=(RRx+RZc-Rx2)/(Rx+Zc). Idealmente deve essere Zout = Zcassa. In questo caso si vede che Ztot = Zcassa solo quando Rx=0, cioè nella posizione di attenuazione massima ed a patto che il valore del reostato sia pari all'impedenza nominale dell'amplificatore il quale,  in tutti gli altri casi, lavora disadattato, e questo influisce negativamente sulla salute delle valvole finali (non è così per finali a transistor o mosfet).

Se l’impedenza vista dal secondario del trasformatore di uscita aumenta, le valvole finali si troveranno nelle condizioni di lavorare “sempre più aperte”. Questo significa che la corrente anodica continuerà a scorrere in  una impedenza sempre più alta, con il risultato di raggiungere dei picchi molto elevati, tanto da provocare delle scariche inter-elettrodiche o tra piedini adiacenti degli zoccoli. Allo stesso modo, se viene diminuita l'impedenza collegata al trasformatore d'uscita, le valvole finali si troveranno a lavorare con una impedenza riflessa al primario minore di quella nominale, con un conseguente sovraccarico.  Per questo motivo  è assolutamente importante che l’ampli sia collegato (sempre) alla cassa con un'impedenza adeguata, poiché questa è parte del circuito finale, sebbene sia fisicamente separata. Un secondo aspetto da considerare è poi il teorema del massimo trasferimento di potenza, il quale afferma che in un circuito composto da generatore, resistenza interna e resistenza di carico, si ha il massimo trasferimento di potenza quando la resistenza di carico è uguale alla resistenza interna del generatore. Questo principio base dell'elettrotecnica porta alla considerazione fatta in precedenza, ossia che l'impedenza dell'altoparlante e, più in generale del carico se consideriamo il sistema attenuatore-altoparlante, deve essere uguale all'impedenza di uscita del trasformatore finale dell'amplificatore.

 

Un altro classico problema degli attenuatori, come accennato prima, è quello del  surriscaldamento. Le temperature raggiunte sono talmente elevate che qualcuno di questi fuma letteralmente con le conseguenze che si possono immaginare. Per evitare questo problema è stata prevista una rete resistiva non induttiva appositamente prodottaq immersa in una amalgaa refrattaria, che provvede alla giusta dissipazione di calore. Verremmo spiegare cosa s’intende per “rete resistiva non induttiva”. Data la potenza in gioco nelle resistenze dell’attenuatore, si rende necessario l’utilizzo di resistenze a filo, le quali, per come sono costruite, a solenoide, introducono  un importante effetto induttivo. E’ quindi come se la resistenza contenesse un’induttanza. L’effetto indesiderato che si ottiene è quello di un taglio delle frequenze alte oppure di una loro enfatizzazione, a seconda della posizione della resistenza nel circuito. Per ovviare a questo problema, si possono utilizzare resistenze avvolte col metodo Ayrton-Perry. Questo metodo permette di avvolgere l’elemento resistivo in maniera bifilare intrecciato, come avviene nei trasformatori audio e risolve il problema del filtraggio indesiderato delle frequenze. Una ricerca continua nell'arco di 15 anni ha consentito di trovare la ricetta definitiva per la costruzione del blocco di attenuazione, su due fronti: la parte circuitale, supportata dalla teoria delle reti, e la parte costruttiva che consente di ottenere un blocco di attenuazione unico sul mercato, dalle caratteristiche funzionali e strutturali superlative. Siamo molto orgogliosi dei risultati ottenuti, poichè il nostro obiettivo è quello di realizzare un apparecchio affidabile e robusto, come gli apparecchi "di una volta".  Anche i commutatori utilizzati sono realizzati secondo specifiche custom, in grado di sopportare il doppio della corrente massima nominale. 

Un altro problema presentato dai classici attenuatori è che, in presenza di forti attenuazioni, si ha una risposta in frequenza attenuata sulle frequenze medio-alte. Questo è dovuto a:

- Resistenze a filo non bifilari, come detto prima;
- Al semplice fatto che i coni della cassa, pilotati da poco segnale, si spostano fisicamente di meno rispetto al loro utilizzo a pieno regime;
- Un punto di lavoro dei coni molto diverso dal normale. In presenza di potenze elevate il nucleo magnetico tende alla saturazione. Quando il cono si scalda (bobina e magnete),    le caratteristiche elettromagnetiche variano rispetto a quando la temperatura è bassa, in particolare si ottiene la saturazione del nucleo con meno campo magnetico;

- Al fatto che fisiologicamente l’orecchio umano ha un comportamento non lineare alle variazioni di volume rispetto alla frequenza: più il volume si abbassa, meno l’orecchio è sensibile alle basse e alle alte frequenze. E’ per questo motivo che in tanti amplificatori troviamo un pulsante che si chiama Loudness. E’ un circuito passivo, un semplice filtro, che compensa la risposta in frequenza dell’orecchio in funzione del volume. Questa caratteristica è ben descritta dal diagramma di uguale intensità sonora, costruito dagli scienziati Fletcher e Munson (anche se attualmente i valori sono stati leggermente corretti dalla norma ISO 226:2003).

Il concetto è, pertanto, che occorre inserire, nella rete di attenuazione, una rete di compensazione di frequenza, e tale rete ha costituito l'oggetto di sperimentazione per vari anni, successivamente diventando il punto di forza di questo attenuatore, insieme al blocco di attenuazione.