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Rudimenti di preamplificatori phono

Pubblicato da Fabio il 11/09/2011 alle 18:00 in "Musica e HiFi".
Chi ancora possiede un amplificatore HiFi di qualche anno probabilmente avrà ben presente cosa indica la dicitura "phono", si tratta dell'ingresso per il giradischi analogico (anche detto fonografo, da cui phono).
Il giradischi non può essere collegato a qualsiasi ingresso del preamplificatore, perché il suo segnale è troppo debole e la sua equalizzazione non è corretta, per questo si usa un apposito stadio "phono".
Vediamo come si ottiene questo segnale e quali sono i problemi che si incontra nell'utilizzarlo.

Il disco in vinile contiene l'informazione musicale sotto forma di un microscopico solco a spirale che ricopre l'intera superficie del disco, la variazione della forma delle pareti di questo solco determina la generazione dei suoni.
Per trasformare le variazioni del solco in un segnale elettrico si utilizza un trasduttore, detto fonorivelatore (volgarmente testina).

I fonorivelatori si dividono in due famiglie*: quelli a magnete mobile (MM: Moving Magnet) e quelli a bobina mobile (MC: Moving Coil).
I fonorivelatori MM presentano i magneti solidali al cantilever (il minuscolo tubetto che sostiene la puntina) e le bobine all'interno del corpo della testina, in questo modo è possibile fare un numero di avvolgimenti tali da produrre un segnale di ampiezza nell'ordine di qualche millivolt.
Per i fonorivelatori MC la situazione è inversa: i magneti sono solidali al corpo, mentre le bobine sono realizzate sull'estremità del cantilever. Per questa ragione le bobine non possono essere particolarmente grandi e pesanti e di conseguenza l'ampiezza del segnale generato è di un ordine di grandezza inferiore a quello delle MM.

Da quanto scritto fino a qui, si capisce che il preamplificatore deve avere un guadagno in tensione molto elevato, in genere oltre 500 volte, per poter portare il segnale ad un livello adeguato.
Realizzare un amplificatore ad elevato guadagno dotato di un ottimo rapporto segnale/rumore è tutt'altro che semplice.
Quando i transistor non esistevano e le apparecchiature erano realizzate a valvole, i "pre phono" erano costituiti da una cascata di più stadi di amplificazione a tubi (tipicamente tre) in modo da raggiungere il guadagno richiesto. Questa configurazione però era particolarmente rumorosa.
Con l'avvento dei transistor è stato possibile realizzare "pre" con guadagni elevati e buon rapporto segnale/rumore utilizzando un solo stadio amplificatore, a tutto vantaggio dell'economicità di produzione, ma anche a svantaggio della qualità.

Scrivevo prima che il segnale in uscita dalla testina ha problemi di equalizzazione. Quando si incide un disco in vinile il segnale audio non viene applicato così com'è, ma viene modificato, in pratica le basse frequenze vengono attenuate mentre le alte frequenze esaltate, secondo una precisa regola definita dalla RIAA (Recording Industry Association of America).

Applicare la così detta enfasi RIAA al segnale è necessario perché un'eccessiva presenza della gamma bassa renderebbe quasi impossibile, al braccio, di seguire il solco in maniera stabile, perché troppo sollecitato a frequenze prossime a quella di risonanza meccanica. Allo stesso tempo le alte frequenze non verrebbero rivelate dalla testina perché le variazioni dei solchi sarebbero troppo rapide e poco accentuate.

In pratica il segnale che arriva al "pre phono" deve essere riportato all'originale contenuto in frequenza, cioè è necessario applicare dei filtri.
Si tratta della deenfasi RIAA in cui si amplifica le basse frequenze e si attenua le alte.
La deenfasi RIAA si ottiene con due reti di filtraggio che nei vecchi "pre" venivano separate e posizionate una dopo il primo stadio di amplificazione ed una dopo il secondo (da cui il termine "splitted RIAA").
Nei moderni "pre" la deenfasi viene inserita direttamente all'interno del primo e unico stadio di amplificazione, cioè all'interno dell'anello di reazione dell'amplificatore (da cui il termine di "RIAA attiva").
Quest'ultima configurazione pur avendo meno componenti elettronici della precedente è molto più critica da ottimizzare ed è quindi molto più difficile ottenere elevate prestazioni.
Ovviamente esistono tutta una serie di versioni intermedie fra "splitted RIAA" e "RIAA attiva" che non sono altro che un mix fra le due configurazioni circuitali.

Per concludere, esiste anche un altro aspetto fondamentale per un preamplificatore phono, la sua impedenza d'ingresso. L'ingresso del pre deve presentare una resistenza ed una capacità il più possibile vicine a quelle dichiarate come ottimali dal costruttore del fonorivelatore.
Le testine MC hanno bisogno di essere "frenate elettricamente" cioè devono vedere una resistenza molto bassa (100 - 10 ohm) all'ingresso del "pre" perché questo contribuisce a smorzare le vibrazioni del cantilever che potrebbero essere eccessive.
Le testine MM non hanno invece questo problema, ma ne hanno un altro, avendo molti avvolgimenti l'induttanza interna è molto elevata e unita alla capacità d'ingresso del "pre" potrebbe causare delle alterazioni nella risposta alle alte frequenze sotto forma di una attenuazione o esaltazione indesiderata.

Per questi motivi i preamplificatori phono sono dei piccoli gioielli di elettronica analogica.

Aggiornamento: Pubblicato un esempio di preamplificatore phono a RIAA attiva.

*) In realtà esisterebbero anche i ferro mobile, ma sono poco diffusi e preferisco tralasciarli.
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