Il "GAIN" ed il rischio del "Clipping"

[mark3004]

Occhio che, anche se apperentemente può sembrare il contrario, in realtà se regolo il gain, in modo da stare sotto al clipping, con amplificatore alimentato a 12V se poi lo alimento a 14V avrò non meno margine ma più margine ovvero il livello di uscita dell'amplificatore non aumenterà aumentanto la tensione di alimentazione (il livello di uscita è sempre dato da un rapporto fisso di amplificazione in tensione tra ingresso e uscita, che si può regolare appunto con il trimmer del "gain" o di sensibilità che dir si voglia), avrò quindi ancora più margine prima del clipping in quanto aumenterà la tensione sui rami dei finali e quindi sarà possibile una maggiore escursione del segnale in uscita.

Hai ragione non ci avevo pensato!

[maverix]

Oggi ho provato a operare visto che sto provando 2 nuovi finali.

Quindi, motore acceso, tono 100hz mandato in loop sulla sorgente, volume a fondo scala.

Amplificatori con carico scollegato, il primo, da 2x20w rms, regolato fino a leggere 8.9 volt in alternata ai morsetti, il secondo, da 2x50wrms, regolato fino a leggere 14v ai morsetti in alternata.

Ho fatto giusto?

[Etabeta]

Oggi ho provato a operare visto che sto provando 2 nuovi finali.

Quindi, motore acceso, tono 100hz mandato in loop sulla sorgente, volume a fondo scala.

Amplificatori con carico scollegato, il primo, da 2x20w rms, regolato fino a leggere 8.9 volt in alternata ai morsetti, il secondo, da 2x50wrms, regolato fino a leggere 14v ai morsetti in alternata.

Ho fatto giusto?

Giusto!
In realtà avresti potuto farlo anche a motore spento, dipende se la potenza nominale dichiarata dal costruttore è raggiunta a 12V di alimentazione, solitamente è indicato nelle specifiche.

[maverix]

Ottimo, l'aspetto della potenza dichiarata a 12v o 14v mi era sfuggito, devo ricontrollare.

Ora avendo fatto così però, mi trovo con i tweeter che sovrastano i woofer, qiesto a mio avviso, per il fatto che l'attuale crossover passivo, l'ho costruito avendo regolato sempre i gain ad orecchio, quindi le attenuazioni, sempre secondo me, adesso andrebbero riviste, corretto?

[Etabeta]

Ottimo, l'aspetto della potenza dichiarata a 12v o 14v mi era sfuggito, devo ricontrollare.

Ora avendo fatto così però, mi trovo con i tweeter che sovrastano i woofer, qiesto a mio avviso, per il fatto che l'attuale crossover passivo, l'ho costruito avendo regolato sempre i gain ad orecchio, quindi le attenuazioni, sempre secondo me, adesso andrebbero riviste, corretto?

Dipende,
cioè il ragionamento che secondo me dovrebbe stare alla base è primariamente evitare il clipping (e questo lo hai già fatto regolando appunto la sensibilità nel modo corretto),
fatto ciò se noti che ora il livello di alcune vie è salito (quindi vuol dire che prima della regolazione "anti-clipping" la sensibilità, per quelle vie, era più bassa, ovvero livello di uscita più basso a parità di segnale in ingresso all'ampli) puoi tranquillamente abbassare un pò la sensibilità dell'ampli che pilota le vie che ora trovi siano troppo in evidenza, e ciò non costituisce alcun pericolo riguardo il clipping naturalmente, in quanto si tratta di abbassase la sensibilità non alzarla (che invece significherebbe salire oltre il limite del clipping in caso di ascolti a volume elevato o a tutto volume).

[maverix]

Quindi diciamo, attualmente ho trovato il punto esatto, di erogazione della potenza dichiarata senza distorsione. Quindi in questo momento, teoricamente, l'impianto è in "sicurezza", da qui a livellare i gain in negativo, non ci sono controindicazioni, se non la minor potenza erogata.

Volendo esser invece pignoli, e tenere il gain alla posizione ideale che ho trovato, dovrei attenuare le vie che mi servono, con altri metodi, giusto?

[mark3004]

Credo proprio di si, tipo un dsp dove puoi regolare (attenuare) i livelli delle singole vie. Dai dici la verità ci stai girando in torno e vuoi crearti un buon alibi per passare all'attivo senza "sfigurare"!

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[Etabeta]

In effetti la comodità di un dsp sta anche nel poter gestire comodamente (dallo schermo di un pc o uno smartphone o da un pannello di controllo, senza dover accedere fisicamente ai dispositivi) anche i livelli.
Al di là di ciò, in generale, l'ideale sarebbe per quanto possile agire abbassando il gain/sensibilità dell'ampli rispetto che abbassare il livello di uscita della sorgente/dsp, questo naturalmente per tenere il più alto possibile il rapporto segnale/rumore.
Qui si interseca il tema, che abbiamo già discusso, degli ampli di più "datati" che spesso hanno sensibilità davvero molto alta, anche se tenuta al minimo, non perchè siano "peggio" ma perchè all'epoca il livello di uscita delle sorgenti era mediamente molto molto più bassa delle attuali, per non parlare dei dsp che (ed è cosa buona..) essendo praticamente tutti con alimentazione duale survoltata possono permettersi uscite anche di 4 o 5V (rms, effettivi) che potrebbero quindi potenzialmente "violentare" un ampli old school (con sensibilità 0,1-1V ad esempio) e tutto ciò che vi è connesso alle uscite, se si pesta con il volume... a meno di tenere le uscite a livelli molto bassi, diciamo anche -20dB che equivale a una riduzione di 10 volte, degradando però così il rapporto segnale/rumore dello stesso fattore, questo discorso secondo me in ambito car va consideranto non tanto per il rapporto s/n dell'amplificazione in sè, ma riguardo l'immunità alle interferenze. Penso in molti ricorderanno gli incubi delle interferenze captate dalle connessioni ai tempi in cui alcune sorgenti uscivano a 200-500mV... ora la situazione è diversa ma, orientandosi alla qualità, il principio rimane valido, tanto più che possiamo appunto disporre di sorgenti/dsp con livello di uscita (mi riferisco sempre alle uscite linea) alto che sarebbe bene sfruttare al meglio possibile.

[mark3004]

In effetti la comodità di un dsp sta anche nel poter gestire comodamente (dallo schermo di un pc o uno smartphone o da un pannello di controllo, senza dover accedere fisicamente ai dispositivi) anche i livelli.
Al di là di ciò, in generale, l'ideale sarebbe per quanto possile agire abbassando il gain/sensibilità dell'ampli rispetto che abbassare il livello di uscita della sorgente/dsp, questo naturalmente per tenere il più alto possibile il rapporto segnale/rumore.
Qui si interseca il tema, che abbiamo già discusso, degli ampli di più "datati" che spesso hanno sensibilità davvero molto alta, anche se tenuta al minimo, non perchè siano "peggio" ma perchè all'epoca il livello di uscita delle sorgenti era mediamente molto molto più bassa delle attuali, per non parlare dei dsp che (ed è cosa buona..) essendo praticamente tutti con alimentazione duale survoltata possono permettersi uscite anche di 4 o 5V (rms, effettivi) che potrebbero quindi potenzialmente "violentare" un ampli old school (con sensibilità 0,1-1V ad esempio) e tutto ciò che vi è connesso alle uscite, se si pesta con il volume... a meno di tenere le uscite a livelli molto bassi, diciamo anche -20dB che equivale a una riduzione di 10 volte, degradando però così il rapporto segnale/rumore dello stesso fattore, questo discorso secondo me in ambito car va consideranto non tanto per il rapporto s/n dell'amplificazione in sè, ma riguardo l'immunità alle interferenze. Penso in molti ricorderanno gli incubi delle interferenze captate dalle connessioni ai tempi in cui alcune sorgenti uscivano a 200-500mV... ora la situazione è diversa ma, orientandosi alla qualità, il principio rimane valido, tanto più che possiamo appunto disporre di sorgenti/dsp con livello di uscita (mi riferisco sempre alle uscite linea) alto che sarebbe bene sfruttare al meglio possibile.

Grazie dell'ennesima delucidazione!
Come la mettiamo però con il THD dei dsp? Nel senso, avere i livelli del dsp al massimo comporta quindi un valore di thd (sempre del dsp) alto, attenuando il dsp il segnale in uscita dovrebbe avere un thd più basso. Dici che in ogni caso il miglior compromesso per mantenere il livello di segnale quanto più pulito possibile sia abbassare i gain degli ampli e non da dsp?

[Etabeta]

Riguardo il THD realtivamente alle uscite sui dsp (premesso di avere un dsp ben progettato, questo include sicuramente gli Audison, Audiotec, Mosconi, Alpine... produttori "seri" diciamo e che dichiarino valori reali) il problema non si pone nel senso che il livello massimo di uscita viene stabilito in fase di progettazione in modo che sia al di sotto del margine di sicurezza oltre il quale iniziano a manifestarsi fenomenidi di distorsione.
In particolare, il punto nevralgico che determina una buona fetta della qualità è dato dallo stadio di uscito a valle del dac, cioè il circuito di regolazione del livello/volume (qualora non sia gestito totalemente in digitale a monte del dac) e il buffer/filtro di uscita, generalmente sempre realizzato con amplificatori operazionali.
Gli amplificatori operazionali in genere hanno una curva della THD con valore di distorsione che diminuisce piuttosto linearmente all'aumentare del livello di uscita, per poi salire esponenzialmente superato un certo valore, tutto sta a fornire una alimentazione pulita e di valore tale da coprire tutta la dinamica di uscita desiderata (solitamente +/-15V è il valore più popolare, per cui è indispensabile che il dsp sia dotato di survoltatore, ma questo è pacifico).
Allego un grafico preso dal datasheet di uno degli opamp più "buoni" in ambito audio: LM4562, con ditorsione a livelli da primato (ma il discorso vale in generale).
Il grafico raffigura l'andamento della distorsione al variare del livello di uscita (configurazione con guadagno unitario, alimentazione +/-15V), si nota che scende sempre al salire del livello di uscita, fino ad arrivare, a 4Vrms, al suo valore minimo (THD 0.00003%!), per poi risalire se portato a livelli davvero "esagerati" in ambito audio, misurando un ancora eccellente 0.0002% a 9Vrms ovvero 25Vpp!

Morale: meglio tenere alto il livello di uscita (beninteso: sempre tenendo presente il criterio di non andare in clipping sull'ampli, agendo sul gain).

ps: questo discorso vale nel contesto che ho descritto, se uscitamo dal campo dei dsp (di qualità) e passiamo a quello delle sorgenti (intese nel senso più ampio) lì purtroppo non è cosa rara trovare risultati da eccellenti a pessimi, cioè con uscita linea che va in distorsione a volume più o meno elevato (però se dobbiamo gestire una taratura parendo da una sorgente già problematica in partenza, cade ogni successiva considerazione).

[mark3004]

Volendo fare fare un esperimento inverso, vorrei capire se può essere più o meno corretto, mi spiego:

Ho un amplificatore con la scala dei valori sul gain, lo setto per esempio a 4V presupponendo che ho un DSP (o sorgente) che eroga tale voltaggio massimo.

Vado con la traccia a 0 db e misuro il voltaggio. Da questo vedo quanta potenza tira fuori l'amplificatore con la formula inversa... è corretto oppure no? Quanto può essere attendibile?

La formula sarebbe P= V^2 /R giusto?

[Etabeta]

Volendo fare fare un esperimento inverso, vorrei capire se può essere più o meno corretto, mi spiego:

Ho un amplificatore con la scala dei valori sul gain, lo setto per esempio a 4V presupponendo che ho un DSP (o sorgente) che eroga tale voltaggio massimo.

Vado con la traccia a 0 db e misuro il voltaggio. Da questo vedo quanta potenza tira fuori l'amplificatore con la formula inversa... è corretto oppure no? Quanto può essere attendibile?

La formula sarebbe P= V^2 /R giusto?

Beh, si, in generale puoi sempre sapere la potenza erogata avendo nota (misurata) la tensione in uscita dall'ampli e l'impedenza del carico che per semplicità di ragionamento assumiamo essere puramente resistivo (P= V^2 /R appunto),
e al di là di ciò se tu hai noto il valore massimo di livello uscita del dsp, avendo anche noto il livello del segnale in ingresso al dsp (0dB in questo esempio, quindi livello massimo), hai settato la sensibilità dell'ampli sullo stesso livello, quindi sai già che in quella situazione l'ampli erogherà la potenza nominale (che dipenderà dal carico, anch'esso noto).

Poi, volendo, ci si può stilare una tabella, basata su semplici calcoli, della potenza erogata dall'amplificatore con vari livelli di segnale in uscita dalla sorgente (ovvero in ingresso al dsp) partendo dal riferimento noto che è la potenza nominale con segnale a 0db.

[mark3004]

Perfetto, hai confermato tutto!
Test coming questo weekend, spero di divertirmi, non mi torna qualcosa, un 50w x2 con fusible da 40A... e due "barilotti" sull'alimentazione per un totale di 10400uF... Uhm... non me la conta giusta...

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[mark3004]

E comunque in ogni caso posso misurare voltaggio di uscita del dsp e basarmi su quello giusto? (regolando poi il gain dell'amplificatore sullo stesso valore di uscita del dsp)
L'unica incognita rimarrebbe il gain dell'ampli sperando che la scala dei valori sia affidabile...

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[Lustrike]

In buona sostanza, per vedere se ho capito, scusate se mi riferisco al mio caso specifico:
- Sorgente (in realtà una scheda audio) con uscita, misurata con multimetro inviando un tono a 1000 hz 0 db al massimo del volume, di 2 V
- Ampli, da specifiche, 4 x 60W @ 4 ohm (non c'è scritto a quale tensione è misurata) con sensibilità di ingresso da 200mV a 1V):

Procedura:
1) Attivo il tono ed imposto il volume delle uscite di ogni canale della sk audio a 1V;
2) Regolo il gain dell'ampli in modo da misurare sui morsetti d'uscita di ogni canale 15,5V (V=sqrt(60*4)=15,49Vrms), meglio se a motore spento (nel senso che avrò un margine maggiore vs. il clipping).
2a) Nel caso di ampli a ponte (2 x 120W @ 4 ohm) dovrò misurare sui morsetti d'uscita 22V (V=sqrt(120*4)=21,9Vrms), sempre con la tensione della sola batteria per le considerazioni fatte sopra, misurando però la tensione tra il polo + del canale A ed il – del canale B e poi tra il polo + del canale C ed il – del canale D.

E’ tutto corretto?

Un ringraziamento particolare ad etabeta per le sue eccellenti spiegazioni.

[Lustrike]

P.S. una curiosità: ma se a monte imposto l'uscita della sorgente per la massima sensibilità dell'ampli, in teoria, sull'ampli basterebbe girare i potenziometri della sensibilità per il loro massimo senza necessità di misure sulle uscite, o sbaglio?
Sempre se la procedura che ho descritto sia giusta ovviamente....

[mark3004]

Quando misuri a ponte, se la specifica dell'ampli è di 120w a 4ohm perché moltiplichi per 2? Sempre per 4. Devi moltiplicare per la resistenza (ideale) specificata per quella erogazione di potenza non per il numero di canali Ti verrebbe giusto il doppio quindi 30 e rotti.

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[mark3004]

Personalmente misurerei a motore acceso se ascolto sempre in quella condizione, poi se voglio stare tranquillo regolo il gain leggermente al di sotto del valore massimo.

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[Lustrike]

Quando misuri a ponte, se la specifica dell'ampli è di 120w a 4ohm perché moltiplichi per 2? Sempre per 4. Devi moltiplicare per la resistenza (ideale) specificata per quella erogazione di potenza non per il numero di canali Ti verrebbe giusto il doppio quindi 30 e rotti.

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Giustooooo cacchio l'avevo pensato ma la mano è stata più veloce del pensiero (copia incolla della formula).....
Allora ho corretto sopra la procedura.
Penso vada bene, no?

[Lustrike]

Personalmente misurerei a motore acceso se ascolto sempre in quella condizione, poi se voglio stare tranquillo regolo il gain leggermente al di sotto del valore massimo.

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Certo, ma, come ho scritto, purtroppo non ho il dato di potenza dell'ampli a 14,2V ed ho supposto che quel valore sia a 12V per cui in ogni caso sto in sicurezza.
Potrei ricavarlo con la formula inversa come ti ha confermato etabeta ma a quel punto dovrei ipotizzare che, impostando al massimo della sensibilità l'ingresso dell'ampli e settando l'uscita della sk audio per quel valore, non ci sia clipping. Ma sarebbe solo un'ipotesi, in teoria appunto come dicevo, a meno di non avere un misuratore di clipping.