lunedì, marzo 12, 2018

class D reload


Quando non hai piu' un laboratorio, un po di giocattoli ti mancano. Altre volte sai come vanno le cose e non ne abbisogni, anche se spiegarlo ad altri e' difficile. Soprattutto i fanboy caxxari.
Negli anni mi sono sentito dire di tutto, sia qui che altrove, da poche categorie di persone:
i suvvisti,
i dieselomani,
i superpixelisti (4k e oltre!)
e ovviamente fra i piu' incaxxosi i valvolisti e i classe D-isti, che sono la stessa bestia ma non lo sanno.

Per cio' oggi parlero' dei perché i classe D non siano furbi al salire del prezzo.

Il classe D e' un amplificatore che ha parecchi vantaggi riconducibili tutti ad una questione: l'efficienza rispetto ad un classe AB.
L'efficienza e' una cosa meravigliosa. Permette risparmi di costo notevoli, o, se lo leggete al contrario, un incremento di performance.
Permette di avere un alimentatore che costa la meta' (o una potenza doppia a parita' di costi)
Permette di avere un raffreddamento che costa la meta'.
Permette di avere un contenitore che costa la meta'.
Permette di avere un peso della meta'.
Eccetera.

La motivazione principale del fatto che fino a ieri non era comunemente in commercio il parto di philips, mentre lo erano i classe B per certi versi simili, erano i costi dell'implementazione. Il TDA 2008 (in classe B) ha fatto la storia di un certo comparto.
Con la discesa del costo dei chip, un complicatissimo costoso circuito di classe D diviene un chippetto da 6E con 160W (TDA7498E?). WinWin?
Il rovescio della medaglia esiste sempre, purtroppo.

La stessa cosa accade, per similitudine funzionale, con gli alimentatori ad impulsi rispetto ad un bel trasfomatorone.
La mancanza del trasfo permette un risparmio di costi e pesi veramente notevole e sullo stabilizzato anche di efficienza con le stesse regole viste prima.

Se ci pensiamo gli alimentatori stabilizzati e gli amplificatori audio sono maledettamente simili: entrambi nascono per fornire una tensione precisa ad un carico. In un caso solo il carico e' variabile e nel secondo anche la tensione fornita.

In entrambi i casi la differenza e' fra un pedale che modula una resistenza per lasciare passare piu' o meno energia e un interruttore che apre e chiude.
Il primo ha un problema: se sto frenando il 50% dell'energia avro' una differenza di potenziale sul componente e questo, per via della corrente che passa, causera' un consumo.

Se io metto una resistenza pari al valore dell'altoparlante avro' si dimezzato la tensione ma in pratica meta' della potenza la sto bevendo non per la cassa ma sul transistor. Questo porta al riscaldamento, al consumo e alla necessita di un grosso alimentatore. In pratica avro' 5A e 20V con circa un centinaio di wattonzi da dissipare.
Cose non belle, insomma.

Se uso una stratregia ad interruttore avro' solo 2 posizioni:
tutto aperto, grandi correnti ma la tensione sara' minima. 0,xV*10A sono pochi Watt
Tutto chiuso, avro' grande tensione come 40V ma con solo 0,xA. Sempre pochi Watt.

Il problema nasce dal fatto che lo devo fare in fretta, molto in fretta. L'energia in transito sara' scolpita ad alta frequenza. Cosa evita all'alta frequenza di andarsene a spasso?
Per un'alimentatore sono obbligato a dei complessi arzigoli e per l'ampli e' un delirio.
Infatti il passa basso prevede un'impedenza ben precisa. Sull'alimentatore, parlando di CC, posso sbattere un'enorme condensatore (in realta' e' piu' complessa) e pensare che sia quello il carico alimentandolo con un'induttanza da record. Ovviamente la pago tutte le volte che il carico si sposta velocemente ma, spendendo, si puo' porre dei freni.
Ma se ho una cassa non posso inviare una CC e il carico, per via che sto pilotando un segnale audio, si sposta sempre. L'unica barriera e' una LC o meglio una Pigreca che cerchi di far passare solo cio' che serve.
D'altronde non posso neppure alzare troppo la frequenza di commutazione perché non solo salterebbe in giro ma implicherebbe una serie di problemi ulteriori mica da ridere. Una soluzione e' solo un nuovo tipo di problema. Non stiamo parlando di in convertitore DA che elabora mV senza corrente, stiamo parlando di decine di Watt e carichi importanti.
Un 100W su una cassa reattiva ci sono istanti di tempo in cui la corrente puo' essere superiore a 100A (adesso capite gli alimentatori dell'HiEnd che pesano 50Kg?)

I problemi ovviamente sono quadratici se faccio la belinata di avere un ampli in classe D alimentato da un alimentatore elettronico.
Ora, io lo vedo benone sul sourrondone mono LoFi 6 cassette della frutta da 5W koreano (quelli che spacciano per 1650W) che suona di medda.
Alimentatore da due soldi, ampli da due soldi e suono, per un costo di 10E, ragionevole.
Lo vedo benone sul portatilino, sull'altoparlante del cello e sulla boombox con maniglia da tarro.
Tanto "Yo baby" non si accorge neppure della distorsione ma "ao' pompa a mille"
Ma se parliamo di HiFi...
Oltretutto, non so se avete notato, che l'audio dei locali e' ulteriormente peggiorato. Quando si raggiunge il fondo, qualcuno scava. La classe D va in clipping diversamente. L'idiota al mixer, quello che pensa che la lucina rossa sia da far lampeggiare, prima aveva una progressione lineare nello schifo. Un classe D quando supera quella che e' all'incirca il 70% della potenza si impenna mostruosamente la distorsione. Se persino i   classici TDA in classe AB ne esistono con THD anche dello 0,1% e ci sono modi per farli stare quieti, il classico chippetto in D mostra un 10% nelle medesime condizioni.
Ma la salita e' repentina.
Non parliamo poi dei Texas TPA, mostri di efficienza e attivano fino a 1000W, ma non scendono sotto la percentuale neppure a martellate. 
In pratica il DJ dovrebbe stare ancora piu' lontano dalla “spia rossa che e' divertente vedere lampeggiare”, dopotutto con il doppio (o il triplo) della potenza dovrebbe essere piu' facile... se non si e' un idiota.

Questo ampli mostra un grafico di quello che e' tipicamente e' accreditato di 120W. Ma in pratica ha una distorsione THD paragonabile ad un AB solo a 2W. Vi consiglio un giro in ST, sanno quello che fanno.
Non e' un problema del TDA di turno, se guardate qualsiasi ampli in classe D di qualunque prezzo, la curva e' la medesima (per quanto piu' alta o bassa).
Inoltre mostra un problema al cambiare una RESISTENZA di carico. Cosa succede quando fra rotazioni di carico e altro ci si trova di fronte a induttori (e' questo che sono le casse) con valori resistivi istantanei che possono essere persino negativi?
Questo bidone raddoppia la distorsione passando da una tranquilla RESISTENZA da 8 a 6 ohm. Quadruplica a 4. Ad occhio su una cassa acustica da 8ohm dovrebbe diventare 10 volte tanto we su una tedesca di mia conoscenza (4ohm) potrebbe essere 100 volte tanto. Ma nessuno lo misura
Nessuna rivista o fanboy lo scrive. 
Non trovate stranino che set di misure che si fanno dalla notte dei tempi siano sostanzialmente spariti dalla vista da quando si vendono classe D da "moltisoldi"?
Stesso discorso per altri sets.
Se, come ipotizzo, molti ampli in classe D  hanno grossi problemi di interfacciamento potrebbero ricadere  ANCHE nella necessita' di avere un cavo da 3000E per suonare come un classe AB "duro" con un cavo da 10E. Quello che succede agli ampli a valvole...

Fare misure serie costa, e' complicato e all'aumentare della potenza tipici della classe si alzano i costi ancor di piu'.
Ma o fai la prova o non la fai.
Altrimenti e' come un blog di medda come questo dove non ho i soldi per fare una prova (sono sempre disposto ad accettare grossi assegni per fare prove serie)
Se provi ci sono dati oggettivi. Altrimenti e' come provare un SUV: rumoroso, non sta in strada ma scriviamo quello che ci pare.

Qualcuno a questo punto potrebbe dire che io prendo solo chippetti da 2 soldi o ampli da disco. Infatti mi dicono spesso cose come “tu non sai perche' non sei della chiesa dell'illuminazione”.

Vi svelo un segreto che non e' segreto: molti ampli accreditatissimi  dalla chiesa della classe D usano i fetidi TPA texas. Sono dei chippetti, usati anche dai korean per i surround da 5W, che se debitamente alimentati e alettati i mosfet finali (da aggiungere a parte), possono arrivare a potenze notevoli (1000W reali a canale). E come roba da sbarco non sono neppure cosi' tremendi se usati con attenzione e lontano dal clipping o come alimentazione di un sub senza crossover.

Cosi', visto  che continuano a dire "tu non sai che" vi faccio vedere un affare senza compromessi.
Ho trovato un tizio che misura mentre ripara e deve avere un laboratorio carino. Ovviamente facendo cose che portano danaro non puo' scendere troppo nei particolari (le modifiche proposte son mincxiate) ma le misure ci permettono di vedere un po' di roba.

Prendiamo un ampli di marca, un jeff rowland. Puo' essere la vostra marca preferita o quella che odiate di piu' ma penso che siamo d'accodo che non stiamo parlando di un prodotto fatto da marcacce come samsung o auna. Stiamo parlando di gente che ha fatto roba ad altissimo livello.
Se non pensate che questo ampli sia ai vertici della classe D avete un problema sotto i capelli.

Gli ampli di questo livello in classe D sono stati richiesti a gran voce dai consumatori che ullulavano cose del tipo:
 "se un caxxillo da 20E suona cosi' bene cosa succederebbe se ne facessimo una da 10.000E con la stessa tecnologia?" Mentre lo dicevano tanta bava scendeva dalle loro bocche di fanatici e la scimmia sulle loro spalle urlava "take my money take my money take my money"

Ovviamente i tecnici non lo facevano perche era un attimo assurdo (come i lampioni a LED), ma poi ci sono le rate della macchina, l'assicurazione...
Cosi' un po tutte le aziende dietro questa pressante moda si sono dovute mettere a fare classeD. Un po' come i SUV, fanno schifo, ma vendono bene. 


JRR fa questo affare, il 302, e lo vende a 9000E. Si, avete capito bene. Costa come i migliori ampli mai prodotti. Le recensioni sono da sbavo.
Come ogni buon ampli che si rispetti la parte di alimentazione e' MOLTO curata.



Si parte con un trasformatore per disaccoppiare. Probabilmente l'alimentazione PWM era troppo rumorosa e il trasfo e' stato messo a mo di filtraggio in un secondo tempo. Quella piccola aggiunta che costa 1/3 dell'ampli. Cosi', per ridere.



Poi abbiamo un alimentatore PVM (quelli inscatolati bianchi) che serve... ad alimentare. Pero' non era abbastanza pulito. Vi ho gia detto che gli ampli in classe D sono molto dipendenti da un'alimentazione pulita e veloce?
Perche' quando il transistor interruttore va in chiusura, di energia ne passa, un improvviso cortocircuito, e una fluttuazione importante dell'alimentatore che si mette ad oscillare non e' una bella cosa.



Ma un alimentatore per canale, non sia mai che i consumi saltellanti dei due canali interferiscano, non bastava. Cosi' abbiamo in cascata un secondo alimentatore per canale, piu' un rettificatore se vogliamo. Lo vedete blindato nella scatoletta sotto la basetta rossa

In pratica per un ampli stereo abbiamo in sostanza 5 alimentatori (piu' quello dei servizi, ma non ci interessa in tal dissertazione). Tutto sto caos per riuscire a far si di limitare i rumori delle alimentazioni e dell'ampli



Alla fine arriviamo al mitico e microbo classe D da ben 300W accreditati. E' in realta' il solito ICE della B&O. Il motivo e' semplice: e' una tecnologia complessa e ci sono solo un pugno di aziende che lo sanno fare “per sul serio”.
Anche quando vi dicono che e' farina del loro sacco spesso usano un chip di ST o un ICE un po' taroccato.
Comunque sappiate che nelle varie incarnazioni e' usato da Alpine, Aston Martin , Bowers N Wilkins, Fender, Fujitsu Ten , Elipson, MartinLogan, Pioneer, Rotel eccetera. Gente mica da ridere, non stiamo parlando di marcacce cinokoreane.
Come avviene in tutti i fanboysmi, quando sono estremi, si creano delle frange: il mio e' piu' puro del tuo e migliore. Alcuni fanboy si stracciano le vesti per i moduli ICE e altri per cosi che sono degli ICE con 2 condensatori in piu', ma,ovviamente, non lo sanno.
Altri ancora “basta che non sia un ICE”, ovviamente incensando anche degli ICE.
In realta' B&O ha fatto molta ricerca insieme alle locali universita' e i moduli ICE non sono tutti uguali ma nelle loro rispettive classi rappresentano degli esempi notevoli.

A questo punto abbiamo le bobine, le vedete nel modulino in rosso,  ma siamo parlando di prodotti HiEnd e non possiamo permetterci che le alte vengano piallate brutalmente da una bobinazza. Siamo costretti a lasciar correre. Aprire alle alte. Un ampli che su alcune casse ha l'attenuazione di una fonovaligia, capirete, non e' il massimo. Soprattutto se costa 9KE.

Qual'e' il risultato di questi sforzi immani e costi automobilistici?
Pronti a piangere?
Bastano due misure per squalificarlo, stiamo sempre parlando di un prodotto HiEnd, sarebbe diverso se fosse un coso da discoteca da 500E (con 300Wch e' il suo prezzo), ma costa 9000E.






WOW, senza segnale e' un'alimentatore da 4Vpp a 400kHz. Figo.
Poi diventa un modulatore se ci mettiamo un segnale.
Questo segnale spurio,  che sono alcuni watt, finiscono dritti nel tw riscaldandolo e diminuendone la dinamica. Se lo collegate ad una piccola cassa hifi potreste bruciarla prima di iniziare ad ascoltare. Alcuni crossover potrebbero persino prenderla sul personale e fare bum.
Cosa succede se dovesse riprodurre un sottomultiplo di questa frequenza?
E se lo facciamo su un carico misto RLC (aka una cassa) che intemodulazioni troveremo?
Nelle riviste tutto tace.
Nessuno misura queste cose.
Chiaro, per un ampli da discoteca da poco non sarebbe un problema grosso, ma stiamo parlando di un affare HiEnd.
Neppure un vetusto TDA2050 (AB, 22W, 4Euro) degli anni 90 ha queste spurie.



Potete raccontarmi quello che volete ma tutti i classe D mostrano gli stessi problemi, rumore modulato, distorsione importante e molto variabile, risposta in frequenza spesso bizzarra QUANDO COLLEGATI A DELLE CASSE molto reattive (le misure sulle resistenze sono una cosa, su un carico complesso e' altro).
Il jeff ha ridotto di molto questi problemi ma con complicazioni enormi. L'alimentatore sarebbe stato piu' semplice farlo lineare, avevamo gia' il trasfo (la parte piu' costosa), e un ampli il classe AB sarebbe stato di soli 150Wch ma sarebbe costato globalmente meno con un'audio migliore. E' in tutta evidenza costruito per chi chiedeva a gran voce un classe D.

Se questi sono i risultati che si possono avere con 9000E pensate a cosa siano quelli piu' economici
Quando scrissi un breve post per illustrare brevemente cos'era la classe D alcuni scrissero cose pazzesche. Per non dire di cio' che e' successo altrove.

Con questo non dico che i problemi dei classe D non siano risolvibili, ci sono un paio di esempi migliorativi  per quanto non risolutivi. Ma che e' inutilmente costoso farlo. E' raddrizzare le banane.
Il classe D permette risultati enormi nell'ambito economico.
Fino a poco fa ampli da 60Wch erano roba da ricchi. Oggi possono essere comprati con pochi soldi. E sappiamo che  sotto certe potenze, diciamo 20W, abbiamo "fame".  Passare da 10W a 20E e' un bel salto.
I classe D risolvono questo problema principale con pochi soldi.
Ma quando il gioco non e' piu' "abbiamo potenze infami, siamo sbollettati, e vogliamo di piu'" la storia cambia.
Passare da 150W a 300W, salvo avere casse sorde o motorizzare un concerto, non e' poi cosi' una gran cosa. ma  cambiano le regole.
Perche' l'alimentatore deve essere piu' preciso di un classe AB, e quindi i costi tornano a salire.
Perche' raddrizzare alcune tipicita' ha un costo.
Perche' a certi livelli, quando ormai la potenza e' acquisita,  si deva andare a vedere quei parametri che in questi ampli sono deficitari.
Diciamo che se dovete comprare 100W a 4-500E la classe D e' l'unica soluzione praticabile. Fara' schifo ma potete farci una festa. Ma se avete un budget doppio e non volete avere potenze superiori il gioco cambia. La qualita' cambia.

La classe D non e' il male, anzi, ho un tda 9qualcosa da 20W come audio trasportabile alimentato a batterie (altro vantaggione dell'efficienza e' la durate e  le batterie sono un alimentatore ideale).
La classe D non suona neppure malaccio, ci sono degli AB  che vengon stirati da roba in classe D moooolto economica. In pratica se non volete spendere e' il massimo
Ma quando cominciamo a spendere di piu' del minimo indispensabile ci sono altre soluzioni. 

La discussone al massimo e' se sia meglio avere un 30W economico, tirato dritto,  in classe AB o un 50W in classe D di pari prezzo. Perche' e' questa la battaglia che puo' vincere un classe D.
Se invece prendiamo un ampli ben alimentato in classe AB e costruito con un minimo di Know-How, a parita' di potenza, per i gatti la trippa non arriva.




7 commenti:

andrea.c ha detto...

Da elettronico vedo con molta simpatia la classe D e vorrei tanto in generale sostituire con silicio il ferro dei trasformatori e delle induttanze. Magari anche gli attuatori elettromagnetici degli altoparlanti con "roba diversa".
Mangiare potenza nei lineari mi sembra una cattiveria.
Non suonano ancora bene?
Pazienza, ci si arriverà un giorno.
Sarà più facile che spiegare a certi fonici e al pubblico la qualità del suono.

blu-flame ha detto...

una cosa e' la simpatia, l'efficienza e' sempre simpatica.

Altro e' l'idoneo.

Siccome la ciabatta ti sta simpatica rispetto al martello, per piantare i chiodi usiamo le ciabatte?

Oppure, siccome preferiamo i trattori, per andare a spasso usimao quelli anziche le auto: tanto un giorno riusciremo a farli comodi e confortevoli nonche' veloci.
Intanto andiamo in giro col john deere.

Probabilmente le auto veloci le odi... o forse no?
eppure non sono efficienti con quei carichi :-)

Mi sembra un po' il discorso dei LED...


Stefano ha detto...

Non so se sei mai stato a spasso su un John Deere... magari un 8400... hai una sensazione di comodita' e di comfort a livello di una berlina di lusso... con un dominio della strada che i SUV si sognano. Non sara' velocissimo, ma lanciato a 60 orari con un rimorchio da 250 quintali dietro fa tutta la sua figura... E come prezzo, beh, diciamo che ci siamo...

Stefano ha detto...

Comunqe si', fin dal mio primo contatto la classe D l'ho vista come soluzione eccellente nelle situazioni con criticita' di alimentazione (car audio, unita' portatili), spazio (schede audio PC, piccoli speaker autoalimentati) o dissipazione (sistemi fanless, PC, televisori, sistemi HI-FI compatti o midi, box multimediali, sistemi PA ad elevate potenze). Per questi e' una vera manna, alta potenza con poco assorbimento, minima dissipazione, possibilita' di usare alimentatori switching scarsamente filtrati.

Il contro e' una qualita' audio che (checche' ne dicano i giornalisti audiofili prezzolati, che se non osannano il produttore di turno non avranno MAI gratuitamente altre macchine da recensire con cui "farcire" le centinaia di pagine delle riviste con le quali sopravvivono) e' molto buona, con un elevatissimo rapporto qualita'(o meglio, quantita')/prezzo, ma non eccelsa.

Mi ricordo tantissimo tempo fa un finale car audio Carver (che non ha avuto il successo sperato), il primo in classe D, in cui la particolarita' erano le dimensioni contenutissime pur essendo un 100WRMSx4 (se ricordo bene) e l'essere assolutamente "freddo" alla massima potenza (paradossalmente i classe D scaldano maggiormente a potenze basse). Non ha avuto successo perche' i fanatici delle "boom car" vogliono metri di alettatura anodizzata magari bianca o a specchio (dissipazione=ZERO), arroventata dai TIP33 (buoni per un raddrizzatore) schierati come soldatini tutti belli vinicni tra loro, ovviamente a vista coperti da un plexiglass, che fanno andare padelle completamente sorde (efficienza mai sopra i 80dB)

andrea.c ha detto...

Leggo ora che Apple investirà nella "fascia alta" audio,
miglioreranno qualcosina e il resto sarà il solito buon marketing.
Blu, dove hai letto che preferisco piantare i chiodi con le ciabatte? :)
Perfino un caprone come me distingue e apprezza la qualità audio.
Il discorso di simpatia è solo un discorso a tendere, mi piacerebbe
ci si avvicinasse un giorno all'ideale di alte prestazioni-e-bassi-consumi,
bisogna pur avere degli ideali in questo mondo al contrario.
Se la Apple avanzerà di un centimetro in quella direzione, ben venga,
tanto pagheranno i loro clienti. :)

blu-flame ha detto...

Dubito che la apple in qualche manier investa nell'audio.
La fascia alta si scontra con il parametro WAF molto amato da apple.
Per ottenere i bassi e' obbligatorio avere dimensioni, per ottenere alti e' necessario che il design fine a se stesso passi in secondo piano.
Da un'azienda che non produce piu' tastiere ma oggetti inutilizzabili di poor design non e' che puoi pretendere attenzione alla diffrazione, qualita'&c
d'altronde l'altoparlantino sfiga mono da 20E appena messo in vendita la racconta molto lunga, no?
https://allarovescia.blogspot.it/2018/02/new-audio-cacca.html
In quell'ambito il classe D ci sta benone.
Del resto anche facesse altoparlantacci samsung-trust-auna style che al massimo possono competere con logitech la classe D potrebbe non essere errata.

Dubito che escano casse come le control5, le plusS+C, ma neppure come le xi270: oggetti partono da 300E, rimanendo in ambito 4 soldi, che meritano ampli ben superiori.
Perche l'HiFi puoi farla anche con cifre contenute, apple ha dimostrato che puoi fare robetta con cifre da HiFi. D'altronde la strada tracciata da sonos&c andava sfruttata.

Anonimo ha detto...

Non so se sia più triste il fatto che esista un prodotto del genere, o che ci siano dei chitarristi che spendono oltre 2000€ per comprarlo:

https://d1aeri3ty3izns.cloudfront.net/media/13/134203/1200/preview.jpg

Ha l'aspetto di una radio All American Five, non sembra più portatile di altri ampli, ma sopratutto, la versione powered monta il famoso B&O ICEPower! E molto probabilmente anche un alimentatore switching.

https://www.kemper-amps.com/profiler/overview