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Appunti analogici 2 - Come scegliere lo Step Up di Stefano Buttafoco
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    Appunti analogici 2 - Come scegliere lo Step Up di Stefano Buttafoco

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    Messaggio Da carloc Lun Mag 03, 2021 12:33 pm

    Interfacciamento testina-SUT livello 1

    Il trasformatore di step-up, nel caso di utilizzo come unità di guadagno passiva per testine moving coil, fornisce due importantissime funzioni:
    1.     Eleva la tensione di uscita della testina di un valore variabile tra i 20 e i 30 dB, a seconda del rapporto spire “n” del trasformatore
    2.    Funge da adattatore di impedenza, facendo vedere alla testina la giusta impedenza di carico. E’ noto infatti che una testina Moving Coil deve lavorare con un carico circa 10 volte uguale alla sua impedenza interna. Per cui il trasformatore deve far si che l’impedenza presente sul secondario ( che sarebbe l’impedenza di ingresso del pre phono)  una volta riflessa al primario, sia circa uguale a 10 volte la resistenza interna della testina. Il calcolo è molto semplice, infatti la Z riflessa al primario la si ottiene dividendo la Z presente sul secondario per il quadrato del rapporto spire. Al fine di far si che la testina veda il giusto carico perciò possiamo agire solo sul rapporto spire e sulla impedenza di ingresso del pre fono. Nella figura un esempio relativo a una Denon Dl103 con unostep up 1:10  chiarirà il tutto più di tante parole. 
    Appunti analogici 2 - Come scegliere lo Step Up di Stefano Buttafoco 010


    Calcolo impedenza riflessa del pre fono 






    La tensione che la testina riuscirà a trasferire sul secondario del trasformatore dipende dal rapporto spire , ma questo è un valore teorico massimo, nella pratica il fenomeno dell’effetto partitore, renderà disponibile sul secondario una percentuale minore di tale valore teorico.
    Nel quantificare l’effetto partitore entrano in gioco due variabili: l’impedenza interna della testina ed il rapporto di trasformazione dello step-up. Si vedrà che la comprensione di questo fenomeno ci porterà ad enunciare che testine dalla elevata impedenza interna non vanno accoppiate a trasformatori di step up in forte salita.
    L’effetto partitore rappresenta la caduta di tensione  sulla impedenza interna della testina, segnale che non verrà perciò applicato al trasformatore. E’ un equivalente meccanico dell’attrito, ed è buona norma minimizzarlo per avere il massimo trasferimento di segnale utile.
    L’effetto partitore è tanto maggiore tanto più l’impedenza interna della testina è paragonabile alla impedenza riflessa del pre phono sul primario.
    Uno step up in forte salita riflette sul primario una impedenza molto bassa poiché il quadrato del rapporto spire è molto elevato. Questo fa si che la resistenza interna della testina deve essere molto bassa per essere accoppiata ad uno step up in forte salita, altrimenti  buona parte della tensione generata dal fonorivelatore non sarà effettivamente resa disponibile, e il generatore della testina lavorerà in condizioni di sovraccarico ( non più come generatore di tensione)

    Vediamo due esempi che ci aiutano a toccare con mano l'effetto partitore generato da  due diversi trasformatori su una stessa testina.
    Appunti analogici 2 - Come scegliere lo Step Up di Stefano Buttafoco 110

    effetto partitore con step up 1:10



    Appunti analogici 2 - Come scegliere lo Step Up di Stefano Buttafoco 210

      effetto partitore con step up 1:50

    Perciò testine con una impedenza interna dell’ordine di alcune decine di ohm, NON vanno interfacciate a step-up in forte salita. D’altro canto le testine con alta impedenza interna (per alta intendo valori compresi tra 15 e 40 ohm) difficilmente necessitano di forti livelli di step up in quanto il loro livello di uscita è solitamente abbastanza alto.


    Testine con basso valore di impedenza interna possono invece lavorare con step up in forte salita (da 1:20 a 1:30) questo poiché la resistenza interna sarà comunque sempre molto minore della impedenza riflessa sul primario. Inoltre l’alto livello di step up si rende necessario per elevare la tensione solitamente molto bassa che queste testine sono in grado di erogare.


    Ultima modifica di carloc il Lun Mag 03, 2021 3:40 pm - modificato 1 volta.


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    Messaggio Da carloc Lun Mag 03, 2021 1:24 pm

    Interfacciamento testina-SUT livello 2


    ASPETTI INERENTI IL BUON ACCOPPIAMENTO FONORIVELATORE-SUT-PHONO
     
    L’argomento è senza dubbio delicato e si presta a molte valutazioni, che tratterò in maniera qualitativa. Tuttavia quanto diremo potrà gettare una nuova luce su punti di vista ormai considerati assodati, ma che spesso provengono da consuetudini, piuttosto che da reali necessita’ tecniche.
    Credo che promuovere la cultura sia fondamentale, in ogni campo , e soprattutto nell’audio, dove la soggettività della sensazione uditiva, potrebbe rendere terreno fertile a chi vuole sollevare nubi di misticismo. Fare cultura, per quel poco che mi è permesso, nei limiti della mia conoscenza, credo possa portare a un ambiente migliore, visto che può minimizzare la cifra spesa prima di ottenere risultati lusinghieri, a tutto vantaggio di produttori e fruitori.
     
    Il carico della testina
     
    Quello che va tenuto a mente è che una testina MC ha una risonanza ultrasonica, per questo i costruttori consigliano “di fargli vedere” caricandola, un determinato carico. Questo aiuterà a sopprimere il picco di risonanza e controllarne lo smorzamento.
    Quello che non tutti sanno è che anche il SUT ha una risonanza intrinseca, la quale si spera sia molto lontana, in banda ultrasonica. I costruttori non dichiarano questo dato purtoppo, il quale è molto importante, come vedremo. Anche per il SUT, come per la testina, un carico sul secondario, smorza il picco di risonanza, ma purtroppo introduce anche una rotazione di fase.  Un carico capacitivo, a valle del SUT, smorza anche esso il picco di risonanza dello stesso, ma purtoppo, oltre a smorzarlo, lo trasla a frequenze minori, avvicinandolo alla banda audio. Si evince che tutte le capacità a valle del SUT, e quindi anche la componente capacitiva della impedenza del phono MM, vanno tenute le minime possibili. Riprenderemo questi concetti a seguire.
     
    Ora le regole che l’audiofilo attento segue , per interfacciare bene la sua MC, sono quelle di far vedere alla stessa un carico pari circa a 10-20 volte la sua impedenza interna. E questo è giusto, serve per smorzare il picco di risonanza della testina, e per fornire una certa quantità di freno elettromeccanico all’equipaggio mobile.  Ma per fare questo, quali mezzi puo’ usare? 
    L’appassionato prende il valore di impedenza del suo pre MM , spesso fissa a 47 kohm, e lo divide per il quadrato del rapporto di trasformazione del SUT. Facendo un esempio, se abbiamo un trasformatore che ha un RATIO 1:15 ed un phono MM da 47 kohm, l’impedenza riflessa sul primario del SUT , e che quindi vede la testina, sarà 47000/(15*15) = 209 ohm.
    Allacciandomi a questo discorso introdurrò due argomenti che mi stanno molto a cuore: l’impedenza di ingresso del pre fono MM e il rapporto di trasformazione dello step up, due cose che sono intimamente legate Ma vediamoli con cura .
     

    • Impedenza di ingresso pre fono fissa sul valore di 47Kohm

     Il valore di 47 Khom si è imposto come uno standard, ed esso è relativo alle necessità di un fonorivelatore MM. Ma esso nulla ha a che vedere con testine MC e nella fattispecie con l’interfacciamento con il SUT. Questo valore si rileva , nel caso si impieghi un SUT , spesso troppo basso, fornendo pochi margini di manovra . Cosa che aggrava molto la situazione è che inoltre questi 47 Kohm sono fissi, cioè non c’è la possibilità di variare la impedenza di ingresso entro un certo range. Questa impedenza di ingresso MM fissa sul valore di 47 Khom, ci introduce a bomba su uno degli errori spesso commessi, anche da audiofili esperti:
     

    • Usare il valore di step up del SUT come strumento per far vedere alla testina la giusta impedenza.

    Essendo come gia visto , l’impedenza vista dalla testina, fornita dalla divisione dell’impedenza di input del fono MM ( purtoppo spesso fissa) per il quadrato del rapporto spire del SUT, al malcapitato non resta che usare  il RATIO del SUT per far vedere alla testina la giusta impedenza.  MA QUESTO E’ MOLTO SBAGLIATO, perchè Il RATIO del SUT deve essere scelto con LA SOLA motivazione di innalzare il livello di tensione fornito dalla testina a un valore consono per pilotare bene l’ingresso di un phono MM.  Per dare dei numeri, far si che il valore di tensione, una volta “boostato” dallo SUT sia nei dintorni dei 4-6 mV rms.
    Solo una volta scelto il RATIO che ci consente di entrare nel phono MM con un buon livello di tensione, allora , e solo dopo, si controlla che l’impedenza riflessa alla testina sia del giusto valore.
    Ma se cosi non fosse, o se, ad esempio, come è giusto che sia, vogliamo variare il carico della testina in un range del +/- 30%, non abbiamo margini di manovra, vista che l’impedenza MM del phono è fissa. Ci ritroveremo un dato suono, e non potremmo mai capire se esso è il migliore che possiamo ottenere dal trittico testina-SUT-phono.  Il suono della testina DIPENDE MOLTO dall’impedenza che essa vede, e allora l’appassionato, per sperimentare carichi diversi, si mette a giocare con il RATIO del SUT ( se è ad impedenza variabile, o peggio spendendo altri soldi per nuovi SUT per far fronte al VERO deficit del phono MM ad impedenza fissa), ottenendo certamente suoni diversi, ma in maniera del tutto errata. Ad esempio potremmo impostare un RATIO troppo elevato in relazione alla resistenza del generatore della testina, e la poca induttanza primaria del SUT , in queste condizioni, potrebbe dare un calo sulla gamma bassa prematuro, cosa magari erroneamente interpretata come un suono più svelto, oppure piu’ aperto.
     
    Altre volte il valore dei 47Kohm, limita verso il basso le possibilità di variazioni della impedenza riflessa. Se ad esempio abbiamo una testina che esce molto bassa in tensione ( 0,15 mV, con impedenza interna di 3 ohm) ed usiamo un SUT con RATIO 1:35 ( il valore fornito dal nostro triple gain), valore ottimale per entrare nel phono con un bel segnale di 5mV, il valore dei 47K riflessi al primario del SUT sono 38 ohm, cioè 13 volte il valore della impedenza interna. Potrebbe andare bene, ma se vogliamo esplorare il suono, per valori di carichi riflessi al primario di circa 20 volte la resistenza del generatore della testina, semplicemente non possiamo farlo. Non ha senso spendere migliaia di euro nel fine tuning quando  grandissime variazioni di resa sonora ci vengono negate da scelte troppo cieche dei costruttori, che ci impediscono di variare l’impedenza di ingresso dei phono.
     
    Nei pre fono Clinamen , il valore di impedenza di ingresso MM è regolabile, e il suo valore massimo è di 270K, fornendo ampi margini di manovra per l’ottimizzazione del carico visto dalla testina.
     
    Autorisonanze del SUT
     
    Ma torniamo ora alle risonanze del SUT. E’ una cosa della quale non si parla e cercherò di spiegarne qualcosa in maniera molto qualitativa. E’ intrinseco avere una risonanza , essa è dovuta ai parametri parassiti dell’avvolgimento, quali induttanza dispersa e capacità parassite. Per limitarne il valore, gli avvolgimenti primario e secondario vengono intercalati, ma non è questo quello che ora ci interessa.  Il dato di fatto è che una risonanza esiste, la cosa importante è che essa sia il piu lontano possibile, fuori dalla banda audio.
    L’autorisonanza del SUT può essere smorzata e controllata.  Ma come capirete, avere un SUT con una autorisonanza al di sopra dei 100KHz, molto controllata, (per dare dei numeri, con un picco nei dintorni di 4 dB) è molto meglio che averne uno che risuona a 40 KHz con un picco di 6 dB. Il primo può non essere smorzato, con tutti i vantaggi inerenti alla vitalità del suono, il secondo necessita tassativamente  il controllo della stessa.
    L’autorisonanza del SUT si smorza tanto piu viene imposto un carico resistivo severo.  Capirete quindi che spesso il valore standard di 47Kohm, in ingresso dei phono, può essere una “arma” ( a doppio taglio aggiungerei) per camuffare qualità non idilliache del SUT a monte. Si sappia che smorzare con una resistenza il picco di risonanza del SUT, sul suo secondario ( e quindi con una bassa impedenza di ingresso del phono MM) porta anche a rotazioni di fase, tanto piu elevate tanto piu il carico imposto è severo (una resistenza da 47K carica maggiormente che non una da 100K ad esempio)



     
    Appunti analogici 2 - Come scegliere lo Step Up di Stefano Buttafoco Resist10


    L’autorisonanza del SUT si smorza ANCHE al crescere della capacità collegata al suo secondario ( e quindi in ingresso del phono) MA IL PICCO, SMORZATO, SI ABBASSA IN FREQUENZA. Inoltre alla crescita del valore capacitivo si associa anche una rotazione di fase.


    Appunti analogici 2 - Come scegliere lo Step Up di Stefano Buttafoco Capaci10



    Si evince che la capacità di ingresso del phono MM,  ( e quindi anche del cavo tra SUT e pre ) , necessaria per testine MM, diviene un elemento assolutamente da minimizzare nel caso di fonorivelatori MC
     
    In Clinamen per calcolare l’autorisonanza dei nostri SUT ci siamo dati la regola di calcolarla ,ingegneristicamente parlando, nelle condizioni piu sfavorevoli, cioè in condizioni che tendono ad evidenziarla, per quantificarla bene. Perciò le misure sono eseguite con un carico resistivo al secondario di 270Kohm ,ed un valore capacitivo di 80 pF . In queste condizioni il picco è massimizzato e facilmente quantificabile. 80 pF sono il minimo valore di impedenza capacitiva che un phono realisiticamente può avere. L’effetto Miller delle valvole, i cavi di collegamento, porteranno  un valore sicuramente maggiore, e quindi il picco di risonanza sarà un po’ piu in basso in frequenza.
    Comunque nelle condizioni di cui sopra, i trasformatori della linea TRIPLE GAIN hanno autorisonanza tra i 75 KHz e i 90 KHz , con picchi da 1,3 a 4 dB.
    I SUT della linea single gain hanno una autorisonanza a 120 KHz con picco di poco meno di 3 dB.
    Risultati notevoli per ambo i casi.
     
    “ Nuove “ tecniche di carico della testina
     
    Facendo tesoro delle nozioni sopra esposte,  facciamo delle considerazioni pratiche-soggettive, avvalorate , personalmente con test  di ascolto. Non hanno la presunzione di essere regole sempre valide e giuste per tutti, ma come ripeto sono quelle che mi hanno dato le migliori performance tecniche e di ascolto:
     
    Quando carichiamo il secondario del SUT con una resistenza di carico, allo scopo di “far vedere” alla testina la giusta resistenza di carico, stiamo CONTEMPORANEAMENTE smorzando ANCHE il picco di risonanza del SUT. Questo non è detto che sia intrinsecamente un male, ma se abbiamo un SUT di grande qualità, con autorisonanza controllata e molto al di fuori della banda audio, diciamo sopra i 100 KHZ, è molto meglio lasciare il SUT “non frenato” , non smorzato, e quindi esso deve essere terminato su una impedenza di ingresso MM di alto valore. Infatti nei pre MM Clinamen, dai precedenti 100K stiamo adottando valori massimi disponibili di 270K. Poi ovviamente forniamo anche la possibilità di variare  l’impedenza di ingresso, abbassandola, per avere compatibilità con molti SUT e testine, ma fornire un valore massimo disponibile di 270K e quindi non smorzare SUT di qualità, ci appare fondamentale.
     
    Ma allora come facciamo a far vedere alla testina la giusta impedenza se per quanto detto prima:
    a)    il RATIO del SUT deve essere usato solo per dare il giusto Boost di tensione
    b)   l’impedenza di ingresso del phono MM è di 270 K per non smorzare il SUT ?
     
    La risposta è semplice, ed è gia adottata da diverse menti illustri: Il carico alla testina Rl viene fornito mettendolo in parallelo al primario del SUT. Si deve fare in modo che la resistenza di carico Rl che inseriamo in parallelo al primario, parallelata con la resistenza trasposta al primario dell'impedenza di ingresso , dia il valore Rv che vogliamo che la testina veda 



    Appunti analogici 2 - Come scegliere lo Step Up di Stefano Buttafoco Schema11


    In questa maniera il SUT non viene caricato, e quindi caricando il primario abbiamo una variazione sul suono dipendente solamente dal carico visto dalla testina. Invece caricando il secondario del SUT abbiamo un doppio effetto sul suono, derivante dall’aver smorzato SIA il SUT e SIA la testina, e non sapremo davvero mai le influenze dell’uno e dell’altro, attribuendo magari colpe alla testina che dipendono dal SUT e viceversa.  Capirci qualcosa risulta davvero difficile.


    Invece, caricando il primario, cosa che posso permettermi se ho SUT di eccelsa qualità, dalla autorisonanza controllata e superiore i 100 KHz,  ci semplifica la vita e soprattutto permette di capire il vero carattere della testina e conseguentemente poterla farla esprimere al meglio.
     
    I SUT Clinamen  a SINGLE GAIN hanno una coppia di RCA chiamati “LOAD” connessi al primario del SUT e consentono questo approccio. I trasformatori hanno risonanza controllata e centrata a 120 KHz, questo li rende perfetti per essere caricati sul primario.
    D’altro canto, i SUT della linea TRIPLE GAIN, avendo tre primari, rendono impossibile questo approccio. Essi hanno i connettori “SET” sul secondario del SUT, un approccio classico, dettato dalla versatilità che abbiamo voluto offrire. Le prestazioni del SUT sono comunque altissime, con autorisonanza controllata e tra i 75-90 KHz


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