Distorsione nei preamplificatori valvolari

di TidalRace - accordiano DOC #16055 | 21 December 2009 @ 01:01 |
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Salve a tutti, ho voluto scrivere questa serie d’articoli sul tipo di distorsione e armoniche generate dai sistemi analogici più diffusi per l’amplificazione del nostro strumento; la chitarra. Mi sono reso conto che molti chitarristi sanno tutto o quasi su legni, pick-up, corde, effetti, ma poi non sanno il perché un amplificatore ha un suono “caldo” o “freddo” o perché la saturazione che possiede è al nostro orecchio più piacevole di un altro. Il giudizio sulla saturazione di un amplificatore è qualcosa di molto soggettivo, ma analizzandolo con i dovuti sistemi si può dare una spiegazione al fenomeno.

Si tende normalmente a semplificare dicendo che il suono “caldo” dei valvolari deriva dalla saturazione composta di sole armoniche pari, al contrario in un ampli al silicio, detto normalmente a transistor, il suono è “freddo” perché composto da sole armoniche dispari. Queste sono grosse bugie che si stanno raccontando da anni solamente per poter vendere ciò che fa guadagnare di più. In questa prima parte vorrei parlarvi della saturazione armonica di un triodo 12AX7A che ritroviamo normalmente nella parte di preamplificazione.
Per la presentazione della distorsione armonica mi sono affidato al software per PC chiamato Microcap con cui è possibile simulare il funzionamento di un qualsiasi circuito elettronico prima ancora di realizzarlo fisicamente in modo da ridurre al minimo il tempo e il costo di realizzazione.
Visto che mi rendo conto che non è semplice per molti leggere dei dati e tradurli in termini comprensibili, ho deciso di visualizzare i dati con una tabella espressa in dB che è un’unità di misura pratica perché usata dai controlli di tono, dagli equalizzatori eccetera visualizzandola in stile analizzatore di spettro.

La barra verde è la nostra fondamentale, mentre con le barre rosse indichiamo le ottave superiori della fondamentale e quindi armoniche pari che nel nostro caso saranno tutti LA, con le barre azzurre le armoniche dispari e infine con le barre arancioni altre armoniche pari che però sono note diverse da quella che stiamo suonando.
Il circuito rappresentato sotto è un classico stadio d'amplificazione a triodo completo della resistenza di griglia, del condensatore di disaccoppiamento e della resistenza di carico per dimostrare il funzionamento di uno stadio valvolare. Naturalmente modificando i valori di tensione d'alimentazione e dei componenti di polarizzazione della valvola si ottengono risultati diversi sia di risposta in frequenza, sia di aumento di segnale, sia di armoniche riprodotte ma non è possibile stabilire il punto di funzionamento migliore per molte ragioni. Uno stadio di questo tipo è ampiamente utilizzato da molti costruttori d'amplificatori valvolari.

Adesso scopriamo come si comporta un circuito di questo tipo sottoposto ad un segnale d'ingresso, rappresentato nella figura precedente dal generatore 'TR', quando applichiamo una tensione di 1Vpp avente frequenza di 220 hz. In questo caso il LA 440 hz (2° armonica) ha un livello di 0,36 Vp molto basso che insieme alle altre armoniche porta ad una distorsione totale inferiore al 2%, appena apprezzabile a livello uditivo. Si può affermare quindi che per piccoli segnali la valvola non modifica in maniera apprezzabile il contenuto armonico del segnale amplificandolo in maniera piuttosto fedele. Ora andiamo ad osservare il nostro analizzatore di spettro virtuale per verificarne la quantità e il tipo d’armoniche generate.

Aumentando ancora il segnale d'ingresso a 5 Vpp la parte superiore della nostra onda inizia a essere tagliata causa del raggiungimento della tensione d'alimentazione di 350V che produce una compressione del segnale e crea ulteriori armoniche soprattutto d'ordine dispari. In questo caso la distorsione armonica totale raggiunge il valore di circa 21% dovuto in gran parte all'effetto della 2° armonica ma anche di quelle d'ordine superiore. Questa potremmo definirla una distorsione media. Osservando il nostro analizzatore di spettro virtuale, si può vedere come siano aumentate molto tutte le armoniche, in particolar modo le meno presenti precedentemente, mentre è diminuita leggermente la fondamentale per effetto della compressione.

Portando il segnale in ingresso a 10 Vpp la forma d'onda risulta tagliata in maniera asimmetrica sia nella semionda positiva a causa del raggiungimento del valore della tensione d'alimentazione, sia in quella negativa a causa del raggiungimento del potenziale di massa. Ciò crea un'amplificazione minore del segnale che si adagia a circa 26 volte invece di 44 della partenza. Raggiungendo la soglia del 40% potremmo dire che abbiamo una distorsione alta del segnale.
Osservando il nostro analizzatore di spettro virtuale, si può notare come siano aumentate, rispetto alla situazione precedente soprattutto la 4° e l’8° armonica e siano diminuite le fastidiose 3° e 5°, ed è ancora diminuita leggermente la fondamentale per effetto della compressione.

Considerazioni: l'amplificazione valvolare produce una distorsione armonica crescente con l'aumento del segnale in maniera più o meno proporzionale, la quale dipende dal tipo di valvola usata e dal suo punto di funzionamento caratterizzato sopratutto da armoniche d'ordine pari (soprattutto 2° armonica) ma anche di una dose d'armoniche dispari che rimangono in sordina a livelli medi del segnale d'ingresso ma che vengono fuori prepotentemente quando si raggiungono elevati segnali in ingresso a cui corrisponde una tosatura del segnale e la corrispondente caduta dell'armoniche pari. E' proprio la diversa miscela tra armoniche pari e dispari che ci fa apprezzare più un suono valvolare rispetto ad un altro.
Chi volesse approfondire l’argomento può trovare nelle risorse l’articolo completo compresa la simulazione di una saturazione valvolare usando un operazionale o circuito integrato LF351 polarizzato e controreazionato con un circuito di mia creazione. La prossima volta vorrei spiegarvi invece le armoniche generate da un pentodo di potenza in classe A. Un saluto a tutti.

Risorse
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Tutti i commenti

  • Ok
    di Luigi N. - accordiano #14104 | 21 December 2009 @ 02:30
    Vista l'ora tarda cercherò di essere breve... Eccellente e illuminante! Veramente un bel lavoro!
    rispondi
  • che bello che ci son
    di marcellopacifici - accordiano #12487 | 21 December 2009 @ 02:51
    che bello che ci sono tanti accordiani capaci, svegli e bravi coi numeri, io di tutto quello che ha scritto Tidal purtroppo non ho capito un c***o! edit: non certo per colpa sua!
    --
    La mia band: Spex Trio
    https://www.facebook.com/s
    rispondi
    • Re: che bello che ci son
      di piano_guitar - accordiano #19124 | 21 December 2009 @ 10:36
      eheh siamo in 2 =) qualcosa ho capito ma si va ben lontano dalla totalità.... il fatto è che gli ignoranti come me prima di leggersi un articolo del genere dovrebbero prima farsi una cultura in materia....e ho paura che ci vogliano anni eheh comunque bell'articolo...un po' complesso forse per noi profani ma il senso generale si capiva!
      --
      "prima di tutto io non sono umano..se ho un d
      rispondi
  • Ciao
    di Salvatore29 - accordiano #18138 | 21 December 2009 @ 03:32
    L'argomento è interessante pero hai usato termini troppo tecnici ,dovresti parlare potabile:) quinti un po terra terra per far comprendere a me per primo il tutto ciao e complimenti
    rispondi
  • La definizione di su
    di marco_k - accordiano #16627 | 21 December 2009 @ 08:46
    La definizione di suono "caldo" o "freddo" non e' che sia buttata li' a caso. A seconda di quanta corrente si fa scorrere in una valvola nello stato di riposo (la famosa corrente di bias) quest'ultima scalda piu' o meno. In generale quando il bias e' alto e la valvola e' fisicamente piu' calda, il clipping avviene in maniera asimmetrica, e si ha una predominanza di armoniche pari. Quando il bias e' piu' basso e la valvola rimane piu' fredda, la distorsione diventa piu' simmetrica e si ha una predominanza di armoniche dispari... All'epoca d'oro delle valvole, gli audiofili riconoscevano queste differenze nel suono e le riconducevano alla polarizzazione degli stadi di preamplificazione, al giorno d'oggi e' rimasta la definizione di suono caldo o freddo ma molti non sanno perche' si definisca cosi' la variazione nel timbro delle note che stiamo ascoltando.
    --
    i don't belive in the 60's in the golden age of po
    rispondi
  • davvero bell'articolo
    di stevepauljoe - accordiano #20194 | 21 December 2009 @ 09:29
    hai ragione, argomento non sempre tratto e difficile da "digerire", come dire... più si conosce e più si riesce a capire e risolvere le questioni, dalle più piccole a quelle.... storiche
    rispondi
  • Bell'articolo! Compl
    di vix86 - accordiano #18127 | 21 December 2009 @ 10:52
    Bell'articolo! Complimenti, questa è la prova che c'è ancora qualche "mente geniale" in Italia. Bravo!
    rispondi
  • Grazie
    di odos - accordiano #18612 | 21 December 2009 @ 11:25
    Grazie, bell'articolo veramente. Sei stato chiarissimo, complimenti...
    rispondi
  • Mi associo a quello
    di ArcangelGabriel - accordiano #17331 | 21 December 2009 @ 12:17
    Mi associo a quello che dice vix86, complimenti ! Ora, non vorrei dire "castronerie" , ma è possibile rendere un ampli a transistor "godurioso" per le nostre orecchie affamate di "succulenti" armoniche ? ( con l'ausilio di effetti e simili, e manineeee XD )
    --
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    • Re: Mi associo a quello
      di TidalRace - accordiano DOC #16055 | 21 December 2009 @ 22:17
      E' possibile certamente anche se sarà comunque una "valvola" un po' diversa, forse migliore per alcuni e peggiore per altri. Se hai la pazienza di scaricarti l'articolo completo nel link in alto, scopriresti come è possibile usando degli integrati, con cui io mi trovo meglio, riprodurre una distorsione analogica simile ad un valvolare senza usare valvole. Vai anche al mio commento più avanti che spiego alcune cose non chiare. Ciao
      --
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      • Re: Mi associo a quello
        di smilzo - accordiano #428 | 22 December 2009 @ 14:58
        Un'altra domanda: è possibile produrre delle distorsioni musicali, ma diverse dalla tradizionale valvola, con il tuo (vostro?) metodo? Io sono sempre interessato a suoni strani e diversi... da inserire in un contesto di suoni "rock".
        rispondi
  • OT: che testata è quella nella foto in home page?
    di Ross - accordiano #723 | 21 December 2009 @ 14:24
    Che testata è quella della foto in home page?
    rispondi
  • Ulteriori commenti dell'autore
    di TidalRace - accordiano DOC #16055 | 21 December 2009 @ 22:28
    Speravo di essere stato abbastanza chiaro e breve con questo riassunto dell'articolo completo che si trova nel link, ma mi rendo conto che è difficile parlare di questi argomenti e farsi capire da chi non è un tecnico, ma magari un bravo musicista, più abituato ad ascoltare i suoni che a vederli. Vorrei solo aggiungere che i tre grafici sono semplicemente lo spettro armonico generato da quel circuito valvolare se noi applicassimo un segnale sinusoidale, e cioè un suono che non ha nessuno strumento acustico ma soltanto un apparecchio dedicato come un generatore di segnale, privo di ogni armonica, diciamo come un pick-up con tono molto chiuso, con tre plettrate ognuna più forte della precedente nel secondo tasto della terza corda, il LA a 220hz. A tutto questo poi occorre aggiungere tutte le armoniche pari e dispari che il vero suono di chitarra possiede ma che sarà trattato in un altro articolo.
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  • Piu' pubblicita' o piu' progresso?
    di Dadd9 - accordiano #18648 | 21 December 2009 @ 23:56
    Ciao, ho letto questo articolo e la versione completa linkata. Ne ho ricavato la leggermente sgradevole impressione che si tratti di una inserzione pubblicitaria. Voglio dire che trovo apprezzabile e condivisibile il confronto fra stadi di amplificazione "standard" valvolari e a C.I. ma aggiungere che con un opportuno circuito di f.b. si ottengono pressoche' gli stessi risultati del triodo senza permettere a nessuno di valutare e discutere il circuito medesimo non e' il massimo su di un forum. Sarebbe allora stato meglio, IMHO, postare un test audio (filmato o mp3) del preamp/booster/overdrive TidalRace Special 1 in vendita a x Euro, in questo modo si sarebbero valutati direttamente i risultati sonori. Saluti Ivano
    rispondi
    • Re: Piu' pubblicita' o piu' progresso?
      di Kata_ts - accordiano #2290 | 22 December 2009 @ 14:29
      Tidal oltre alla passione per l'elettronica, posso dire molto ma molto smisurata ;), ANCHE stà cercando di realizzare qualcosa di funzionale ed utilizzabile. Lo sò che è difficile 'scindere' le due cose ma una, secondo me, sono i suoi articoli tecnici/formativi ed un'altra sarà l'eventuale pubblicità che si farà nel caso in cui riesca a realizzare quello che stà studiando. Personamente io mi auguro un giorno di leggere proprio quelo che hai scritto: ***preamp/booster/overdrive TidalRace Special 1 in vendita a x Euro,*** ;P SaluToneS
      --
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    • Re: Piu' pubblicita' o piu' progresso?
      di TidalRace - accordiano DOC #16055 | 22 December 2009 @ 00:19
      Certo che se ne può discutere, siamo su Accordo. Ho voluto solamente spiegare come, dalle prove da me effettuate, la nostra valvola del pre si comporta confrontandola con un circuito ultra linare e con una mia creazione. Non vedo nessuna pubblicità occulta che come sempre dovrebbe essere filtrata dalla Redazione. Casomai mi ero domandato se qualcuno poteva ipotizzare che tali risultati potevano essere costruiti a tavolino senza nessuno studio dietro e senza alcun circuito vero. Secondo me potrebbe essere l'uovo di Colombo da affiancare ai tradizionali valvolari e ai digitali. Quando poi sarà pronto il circuito, attualmente in lavorazione, faremo senz'altro un video con varie prove per far sentire il suono prodotto dall'oggetto e se potrò venderlo, visto che mi stò muovendo per fare questo, ci saranno anche prezzi e caratteristiche, ma allora sarà senz'altro una recensione piubblicitaria. Ricambio il saluto.
      --
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  • Blu music?
    di smilzo - accordiano #428 | 22 December 2009 @ 11:30
    Anzitutto grazie per aver condiviso documenti e passione per la musica! Ho letto con interesse, e trovo un'analogia con quanto fatto dalla Blu Music. Non so quanto avanti siano loro, o quanto avanti siete voi. Vi siete mai incontrati? Avete mai provato a unire le forze e fare un prodotto in sinergia? Sarebbe quantomeno interessante... ;)
    rispondi
    • Re: Blu music?
      di TidalRace - accordiano DOC #16055 | 22 December 2009 @ 23:11
      Conosco personalmente il titolare Roberto che è anche un mio compaesano e gli ho anche proposto di produrre il mio progetto. Purtroppo in Italia queste collaborazioni avvengono solo tra musicisti professionisti e non tra progettisti. Anche per esperienza personale si ha la paura di essere derubati di qualcosa. La mia impressione è che la Blu Music si sia inventata qualcosa che funziona bene ad alto volume perchè sfrutta la saturazione del finale come fosse un valvolare mentre il mio ha anche la saturazione del preampli.
      --
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      • Re: Blu music?
        di smilzo - accordiano #428 | 23 December 2009 @ 09:30
        Sono anni che tento di far capire ai produttori locali che la via della collaborazione e condivisione è praticabile con buon ritorno a lungo termine. Vedi ad esempio Ax84. Dai loro progetti e idee sono nati i vari nanohead, valvehead, blackheart, cornforn harlequin & tanti altri ampli da 4/10w boutique... Ti auguro di riuscire a realizzare i tuoi progetti. Nel frattempo i Grapperos saranno lieti di ospitare te e i tuoi prototipi ai prossimi Grappa Guitar Camp! :)
        rispondi
        • Re: Blu music?
          di TidalRace - accordiano DOC #16055 | 23 December 2009 @ 10:09
          Ti ringrazio dell'invito, anche se non ho letto dove si svolgerà e quando. Purtroppo non ho potuto partecipare a quello che recentemente si è svolto dalle mie parti, in provincia di Ancona, ma mi auguro che per il prossimo io possa avere pronti i modelli definitivi a cui sto lavorando. Un saluto.
          --
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          • Re: Blu music?
            di smilzo - accordiano #428 | 23 December 2009 @ 17:15
            Location e periodo credo debbano ancora essere decisi. Tanti auguri! :)
            rispondi
  • Bellissimo articolo.
    di giaf - accordiano #13837 | 22 December 2009 @ 15:44
    Bellissimo articolo... Io personalmente lo apprezzo molto nella sua completezza e precisione, ma non ho capito niente. Qualcuno mi spiega in breve da cosa deriva una distorsione "calda" e "fredda"?
    rispondi

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