PA800

Nel campo dell'Amplificazione Professionale appare chiara quale è la tendenza nell'audio per grandi potenze: oggi non è ipotizzabile sprecare il 40% dell'energia elettrica, con produzione di calore in quantità che si usa dire “industriale”.
Senza contare che l'amplificatore tradizionale in Classe AB con alimentazione tradizionale implica necessariamente ingombri e pesi non compatibili con la necessità di trasportare, installare e disinstallare in tempi sempre più stretti (oggi la fretta è la nostra padrona) parecchie migliaia di Watt per allestire il palco di qualsiasi concerto, anche nell'oratorio di paese.

A che scopo?

Dall'esigenza di un amplificatore a due canali da alcune centinaia di Watt, semplice e maneggevole, è nato questo progetto.
A dire il vero “progetto” è una parola veramente impegnativa per un oggetto costruito seguendo pedissequamente le Application Notes del costruttore dei moduli, che ho acquistato, alloggiato in un contenitore e collegato fra loro, aggiungendo solo connettori di ingresso, di uscita e di alimentazione e ventole di raffreddamento.

Spinto dalla necessità dell'amplificatore suddetto ho cominciato una esplorazione in rete, e grazie anche alle dritte di un amico, dopo aver visitato vari siti mi sono fermato su ColdAmp.

Ho iniziato a scaricare specifiche tecniche e Note Applicative sia dei moduli amplificatori che che dei moduli alimentatori: l'alimentatore è un componente importante in un amplificatore a stato solido, se è necessario economizzare sul peso e sullo spazio, in quanto un alimentatore tradizionale frustrerebbe, col suo enorme e pesantissimo trasformatore di alimentazione qualsiasi velleità di ottenere 600 – 880 W nello spazio di un manuale di istruzioni e con lo stesso peso.

Ho letto con cura le specifiche tecniche e le note applicative, che sono veramente dettagliate ed esaustive; anche un quesito tecnico inviato via mail al Supporto ColdAmp ha avuto risposta in un paio di giorni: questi due fatti mi hanno convinto all'acquisto, effettuato direttamente via internet.

Ho ordinato due moduli BP4078 (400 W su 4 ohm, 600 W su 2 ohm, alimentazione permettendo) ed un modulo alimentatore SPS80, necessario per alimentare due moduli alla massima potenza, e nel giro di una settimana li avevo a casa.

L'imballaggio è adeguato, e dentro la confezione c'è tutto quanto serve, compresi i cavi di ingresso lunghi 20 cm già dotati di connettori per il circuito stampato.

Caratteristiche tecniche

Sul funzionamento degli amplificatori in classe D non mi dilungo, si possono trovare più che esaurienti ed approfondite in rete, su Wiki e nei siti ad esempio di ColdAmp e di Hypex.
Le specifiche salienti dei sistemi ColdAmp sono:

Frequenza dell'alimentatore switching:      85 kHz. 

Frequenza dell'amplificatore:                   320 kHz.

Efficienza:                                              > 93 %

Potenza dissipata senza segnale:                10 W

Impedenza di ingresso:                              10 kohm

Le caratteristiche che ho trovato più interessanti, a parte dimensioni e peso, sono:

Non ho utilizzato tutte le possibilità, la soluzione scelta è spartana ma a mio parere sufficiente per qualsiasi uso.
Ho sfruttato l'ingresso bilanciato, che in un amplificatore non per uso domestico a mio parere è un obbligo, non un'opzione.
Ho inoltre collegato gli ingressi tramite un commutatore che permette di utilizzare l'amplificatore sia in modalità duale, con due canali indipendenti, sia in modalità a ponte, quindi un solo canale alla massima potenza.

Per il resto ho seguito, come ho già detto, pedissequamente le Note Applicative, come si vede chiaramente dallo schema elettrico di Fig.01, in cui l'unico sprazzo di originalità è costituito proprio dal cablaggio degli ingressi.

Fig. 01:  lo schema elettrico

Come si vede dallo schema l'ingresso A è collegato direttamente al modulo amplificatore A, mentre l'ingresso B è collegato al commutatore.
Il commutatore in una posizione collega l'ingresso B al modulo B, nell'altra posizione collega al modulo B i capi dell'ingresso A con fase invertita.

Costruzione

I connettori di ingresso sono i classici XLR, preferibili ai TRS in quanto evitano lo sgancio accidentale.

I connettori di uscita sono tre, uno per canale più uno per la configurazione a ponte: in questo modo si usano cavi standard qualsiasi configurazione si usi, e la praticità è massima.
I connettori di uscita sono ovviamente speak-on, sia per la potenza in gioco, sia perché hanno il blocco contro lo sgancio accidentale e non mettono in corto i due capi durante l'inserimento ed il disinserimento.

I ventilatori sono due, collegati all'alimentazione ausiliaria; sono due ventole da una unità rack standard, montate su cuscinetti: costano qualche euro in più (pochi, in realtà) ma sono molto silenziose e dovrebbero restare tali molto a lungo.

Se lo schema è la copia del layout presentato nelle note applicative, la costruzione è invece curata, soprattutto nella parte meccanica.
L'idea originale era il montaggio in un rack standard da 1 Unità, poi con i moduli in mano e dopo qualche considerazione sulle esigenze termiche mi sono reso conto che una soluzione diversa sarebbe stata preferibile.

Il modulo alimentatore è alto esattamente 40 mm, e 40 mm è l'altezza disponibile in un rack da 1 Unità: i condensatori dell'alimentazione sarebbero praticamente a contatto con il coperchio superiore, che deve quindi essere isolato.
Inoltre prevedendo un uso intensivo i moduli debbono essere fissati su un fondo di alluminio dello spessore di 2 mm, per permettere con l'ausilio delle ventole la dispersione del calore prodotto; ma lo spessore di 2 mm per il fondo non è compatibile con le dimensioni del rack standard.
Ho quindi abbandonato l'idea del rack standard commerciale ed ho realizzato un contenitore ad hoc: in pratica un rack semi-standard, alto 1,5 unità, di larghezza standard e con i fori di fissaggio sul pannello anteriore nella posizione di un rack da 1 Unità.

Fig. 02 l'amplificatore durante il montaggio

Nella Fig. 02 si vede il telaio durante il montaggio: si vedono chiaramente la disposizione dei ventilatori e le aperture sul pannello frontale per l'aerazione; il flusso del raffreddamento è dal pannello posteriore verso il pannello anteriore.

Il fondo è un pannello di alluminio di 2 mm di spessore, privo di striature e perfettamente levigato nelle zone dove si fissano i moduli, per garantire un ottimo contatto termico; è necessario anche usare una abbondante quantità di pasta termica, spalmata uniformenente: nella Fig. 03 si vede un particolare del montaggio dell'alimentatore sul cui bordo, vicino ai MOSFET appare lo “sbaffo” di pasta bianca.

Nelle specifiche tecniche è presente una dima per i fori di fissaggio: ogni modulo si fissa con 6 viti M3 in altrettanti fori filettati presenti nei dissipatori di calore dei moduli, ed i fori praticati sul fondo debbono essere perfettamente  coincidenti con i fori filettati, per evitare torsioni sia dei moduli che del fondo stesso.

In Fig. 02 si vedono sul fondo, dove saranno fissati i moduli, oltre ai fori delle viti anche alcuni piccoli incavi nell'alluminio: nei moduli i componenti “caldi” sono fissati al dissipatore mediante viti, ed il fondo del dissipatore dei moduli in corrispondenza di queste viti ha qualche piccola irregolarità che rende la base dei moduli non perfettamente piana.
Le irregolarità si alloggiano negli incavi praticati sul fondo assicurando così un miglior contato meccanico, e quindi termico, fra il modulo e il fondo (ho preferito questa soluzione alla rettifica del fondo dei moduli).

I collegamenti elettrici, sia delle alimentazioni CA che CC che delle uscite agli speak-on, sono effettuati tramite connettori fast-on: hanno una ampia superficie di contatto e sono facilmente rimovibili.
Il cavo dei collegamenti, di colori diversi per distinguerli, è da 1,5 mm2, i fast-on sono saldati al cavo, dopo la crimpatura, quindi isolati con un paio di centimetri di tubo termostringente.
È specificato chiaramente nella documentazione tecnica, ogni modulo amplificatore deve essere alimentato separatamente dal modulo alimentatore, il quale dispone di un gruppo di fast-on per ogni modulo amplificatore: non si deve collegare alimentazione e massa ad un modulo amplificatore e quindi il secondo modulo amplificatore al primo.

Fig. 04 l'amplificatore montato

Dalla Fig.04, in cui si vede l'amplificatore montato, con tutti i collegamenti, si vede chiaramente che dall'alimentatore partono due cavi rossi (+Vcc), due cavi blu (-Vcc) e due cavi neri (massa), un gruppo per ogni modulo amplificatore.

I cavi sono preparati preventivamente, sulla base del piano di montaggio; i cavi di ogni gruppo (alimentazione, uscita) sono attorcigliati fra loro per ridurre la sensibilità ad eventuali disturbi.
In questo modo dopo aver fissato i moduli l telaio effettuare i collegamenti è una questione di minuti.

Fig. 05: i moduli di potenza

In parallelo all'uscita di ogni  modulo amplificatore c'è una resistenza da 560 ohm 5 W, visibile in Fig.05: serve nel collegamento a ponte, in quanto senza di essa mancherebbe il riferimento dell'uscita alla massa del modulo, secondo quanto sta scritto nella documentazione tecnica.
Nella documentazione non si cita questa resistenza in caso di collegamento non a ponte; però il fatto che tale resistenza debba essere collegata per mantenere il riferimento alla massa nel caso di carico flottante mi fa pensare che sia comunque indispensabile, oppure che il funzionamento senza carico non sia previsto.
Ora è buona norma e sta scritto in tutti i manuali d'uso che le apparecchiature siano accese solo quando tutti i collegamenti sono stati effettuati (sto parlando dei collegamenti fra amplificatore e diffusori nell'uso normale), ma io conosco i musicisti, che da questo punto di vista spesso sono un po' cialtroni, quindi penso che quella resistenza stia bene lì comunque.

L'alimentazione CA prevede un fusibile rapido da 6,3 A, per il resto nulla di particolare, ovviamente la terra della presa IEC deve essere collegata al telaio con un cavetto da 1,5 mm2.
La massa dell'alimentatore è collegata al telaio tramite le viti di fissaggio del dissipatore; nel caso per qualche motivo il dissipatore dell'alimentatore fosse isolato dalla massa, deve essere collegato a massa tramite un contatto a vite appositamente previsto sullo stampato.

Per concludere con il montaggio, in Fig.06 e 07 il pannello anteriore ed il pannello posteriore.

Fig. 06 il pannello anteriore

Fig. 07 il pannello posteriore

All'accensione si attiva per circa 1 secondo il led della protezione: è perfettamente normale, il “soft start” protegge gli altoparlanti fino a che le tensioni di alimentazione si sono stabilizzate.

Funzionamento

Premetto che non ho effettuato molte misure su questi amplificatori: ho solo misurato la potenza di uscita senza pretese di elevatissima precisione.

D'altra parte questo non è un sistema HiFi, è destinato a tutt'altro uso, e chi mi legge sa che non sono un fanatico del quarto decimale dopo la virgola: sono dell'opinione che si debba cercare solo la precisione adeguata allo scopo che si persegue.

Quindi ho misurato la potenza di uscita collegando un generatore di segnale sinusoidale all'ingresso, una resistenza da 8 ohm (di potenza adeguata) all'uscita e controllando all'oscilloscopio la tensione efficace al primo accenno di clipping; il mio oscilloscopio mostra sia la tensione efficace che la tensione di picco del segnale.
Il clipping è stato rilevato “a vista”, quindi la misura non è certamente molto precisa, ma sufficiente per rilevare il clipping con una approssimazione di 0,5 V.

Ho effettuato la misura con la tensione di uscita dell'alimentatore come consegnato, quindi ± 58 V; l'alimentatore potrebbe essere regolato per fornire in uscita fino a ± 61V.

La tensione di uscita misurata nelle condizioni definite prima è di circa 38 V RMS, che corrispondono a 180 W (su 8 ohm); a 10 kHz la tensione di uscita massima è risultata 36 V RMS; sottolineo che sto parlando di potenza massima, non di linearità della risposta in frequenza (che non ho misurato).
Non ho effettuato prove con carico di 4 ohm.
Secondo la documentazione è in grado di fornire 400 W su 4 ohm e 600 su 2 ohm: a 2 ohm intervengono le protezioni prima del clipping e la potenza dipende dall'alimentatore; un SPS80 può alimentatre due moduli con uscita totale di 800 W, quindi con carico di 4 ohm, ma non può alimentare due moduli che forniscano 600 W cadauno.

Il funzionamento a ponte è come da manuale, basta spostare la levetta del commutatore sul pannello posteriore in posizione “brd” e connettere l'altoparlante allo speak-on centrale.
A titolo di informazione, il carico fittizio che uso, di potenza “adeguata”, si è rivelato di potenza non adeguata nel funzionamento a ponte: dopo alcuni minuti a potenza massima (circa 760 W, l'alimentatore tiene perfettamente) ha cominciato a fumare; d'altra parte non avevo mai pensato di costruire amplificatori di questa potenza.

Il suono è di buona qualità: l'ho collegato alle mie casse per basso, 12”+TW, chiusa e 10” reflex, e devo dire che sono rimasto soddisfatto: non ha la dolcezza del valvolare con la cassa chiusa, ma pilota in modo egregio il 10” senza farmi rimpiangere il finale del Li'l Amp (ho usato il pre del Li'l Amp per pilotarlo, dall'uscita DI bilanciata) per la qualità del suono e ovviamente con un sacco di grinta in più.

Anche l'uso con diffusori musicali dà un risultato discreto, molta grinta, un po' freddo; per un Sistema PA dove conta la potenza, la qualità è veramente più che adeguata.

L'amplificatore completo pesa 3,5 kg.

Nota finale: ho trovato in rete chi usa questi moduli per HiFi: non mi pare sia la loro destinazione; per PA, per amplificatori per sub-woofer, per amplificatori per strumenti musicali sono ottimi.