Questo articolo nasce come aggiornamento di una versione precedente. Nel tempo mi sono arrivate segnalazioni da alcuni clienti riguardo a video pubblicati su YouTube in cui certi personaggi mettono in discussione quanto ho scritto sul fattore di smorzamento e sulla controreazione negli amplificatori audio. Ho quindi deciso di rimettere mano al testo per chiarire meglio alcuni punti e togliere spazio a equivoci o interpretazioni fantasiose.

Il mio intento non è mai stato quello di fare propaganda per una particolare filosofia costruttiva, ma semplicemente spiegare come stanno le cose dal punto di vista tecnico. Lo smorzamento, la controreazione e l’interazione tra amplificatore e diffusore sono argomenti concreti, misurabili e studiati da decenni. Su queste basi si può discutere seriamente.

È curioso notare che alcuni venditori di amplificatori valvolari zerofeedback hanno tentato di smentire le tesi esposte nei miei articoli, ma nel farlo sono finiti spesso per confermare proprio i concetti che cercavano di negare. Nel tentativo di dimostrare che si possa ottenere uno smorzamento elevato senza controreazione, sono stati presentati esempi e calcoli semplicemente sbagliati. Fin dall’inizio ho sempre sostenuto una cosa molto semplice: per ottenere uno smorzamento minimo ragionevole in un amplificatore audio è quasi sempre necessario usare almeno un piccolo tasso di controreazione. Ed è interessante vedere come alcuni di coloro che criticano questa posizione dichiarino poi apertamente di utilizzare nelle loro stesse realizzazioni proprio una certa quantità di feedback. Questo, di fatto, conferma l’importanza della controreazione come strumento tecnico reale e non come tabù ideologico.

Il fattore di smorzamento in breve

L’altoparlante è un sistema meccanico in movimento. Quando il cono viene spinto in avanti o indietro dalla corrente che attraversa la bobina mobile, entra in gioco la sua massa e l’elasticità delle sospensioni. Questo significa che il movimento non si ferma istantaneamente quando il segnale elettrico cambia o si interrompe. Come qualsiasi sistema meccanico dotato di massa, il cono tende a proseguire il movimento per inerzia.

Possiamo immaginare il comportamento del diffusore come una serie di oscillazioni che si smorzano progressivamente. Il cono continua a muoversi per alcuni cicli prima di fermarsi completamente. Questo fenomeno prende il nome di oscillazione smorzata.

Il comportamento reale di un altoparlante è influenzato da molti fattori: la massa della membrana, la rigidità delle sospensioni, il volume della cassa acustica, la massa d’aria coinvolta e le risonanze del sistema. Tutti questi elementi contribuiscono al modo in cui il diffusore reagisce al segnale musicale.

Il fattore di smorzamento descrive la capacità dell’amplificatore di controllare questo movimento. In pratica misura quanto l’amplificatore riesce a frenare il cono quando tende a continuare il movimento per inerzia.

Un amplificatore con alto fattore di smorzamento riesce a esercitare un controllo più efficace sul diffusore. Al contrario, con uno smorzamento basso il cono è più libero di oscillare seguendo soprattutto le proprie risonanze meccaniche.

Detta così sembrerebbe che basti progettare amplificatori con smorzamento altissimo. Ed effettivamente con i transistor è facile ottenere numeri molto elevati. Con le valvole la situazione è diversa e, per fortuna, anche la realtà dell’ascolto è più complessa di una semplice cifra su una scheda tecnica.

Il fattore di smorzamento è solo uno dei parametri che definiscono il comportamento di un sistema ampli-diffusore. Entrano in gioco anche la risposta in frequenza, la linearità, la risposta ai transienti, l’impedenza reale dei diffusori e molti altri fattori. Le valvole hanno caratteristiche particolari che influenzano queste interazioni e che spiegano perché amplificatori con smorzamenti relativamente bassi possano comunque offrire risultati musicalmente molto convincenti.

Il fattore di smorzamento tecnicamente

Se si cercano informazioni su Internet sul fattore di smorzamento si trova di tutto. Alcuni articoli lo presentano come l’unico parametro che conta, altri sostengono che sia completamente irrilevante. Come spesso accade, entrambe le posizioni sono frutto di interessi commerciali più che di ragionamenti tecnici.

Da una parte ci sono venditori di amplificatori a transistor che insistono su valori di smorzamento enormi e lasciano intendere che sotto certe cifre il suono sia automaticamente mediocre. Dall’altra parte alcuni venditori di amplificatori valvolari zero feedback sostengono che questo parametro non abbia alcuna importanza.

Poi c’è una terza categoria ancora più curiosa: chi dichiara valori di smorzamento completamente inventati. Non è raro vedere amplificatori valvolari senza feedback pubblicizzati con DF di 100 o 200. In pratica, quando li si misura davvero, difficilmente superano un valore di 2. Il motivo è molto semplice: senza controreazione è fisicamente impossibile ottenere quei numeri con le valvole (e probabilmente anche con lo stato solido).

Ancora più curioso è vedere persone che criticano i miei articoli dicendo che lo smorzamento non conta nulla, ma che poi evitano accuratamente di dichiarare il fattore di smorzamento degli amplificatori che vendono. Il motivo è semplice: spesso quei valori sono molto più bassi di quanto loro stessi considererebbero accettabile.

Il problema non è discutere di filosofia progettuale. Il problema è quando si diffondono dati falsi o si raccontano mezze verità per convincere clienti che non hanno strumenti per verificare le affermazioni tecniche.

Molti audiofili sostengono che le misure non contino e che l’unica cosa importante sia l’ascolto. In realtà le due cose non sono separabili. Se due amplificatori hanno davvero gli stessi parametri elettrici, suoneranno in modo molto simile. Quando invece sembrano diversi, spesso è perché i dati dichiarati non corrispondono a quelli reali.

Il fattore di smorzamento non è l’unico parametro da considerare, ma è comunque uno dei molti elementi che influenzano il risultato finale.

Il fattore di smorzamento è definito come il rapporto tra l’impedenza del carico e la resistenza di uscita dell’amplificatore, indicata come Rout.

Ossia: Smorzamento = Impedenza del carico / Impedenza di uscita dall’amplificatore

L’impedenza del carico è quella del diffusore collegato all’amplificatore. Negli amplificatori valvolari è importante collegare la cassa all’uscita corrispondente del trasformatore, quindi ad esempio un diffusore da 8ohm sulla presa da 8ohm.

La Rout rappresenta invece la resistenza interna dell’amplificatore vista dal carico. È come se ci fosse una resistenza in serie tra amplificatore e diffusore.

Per capire meglio il concetto possiamo immaginare un amplificatore ideale capace di fornire corrente infinita. In questo caso la Rout sarebbe zero. Nella realtà invece esiste sempre una certa resistenza interna che limita la corrente erogabile e quindi la capacità di controllo sul diffusore.

Se conosciamo il fattore di smorzamento possiamo ricavare la Rout. Ad esempio un DF di 80 su 8ohm corrisponde a una Rout di 0,1ohm.

I sostenitori dei transistor spesso affermano che con DF molto elevati, superiori a 100, non si possano avere problemi di controllo del diffusore. Questo è vero fino a un certo punto, ma non significa automaticamente che il risultato sonoro sia migliore.

Molti appassionati scoprono gli amplificatori valvolari proprio perché trovano il loro suono più naturale e meno affaticante rispetto a molti amplificatori a transistor. Il problema nasce quando si passa da un estremo all’altro: da amplificatori con troppa retroazione a amplificatori con smorzamento troppo basso.

Nella pratica l’obiettivo è trovare un punto di equilibrio tra controllo del diffusore e qualità timbrica.

Nella mia esperienza, sia nell’audio sia in molti altri campi, le persone tendono a schierarsi agli estremi. Alcuni preferiscono eliminare completamente il feedback, altri puntano solo a numeri altissimi di smorzamento. In realtà la soluzione migliore sta quasi sempre nel mezzo.

Progettare un buon amplificatore richiede prove, misure e ascolti. Non esiste una formula magica. Si tratta di bilanciare vari parametri cercando di ridurre i problemi complessivi.

Nel mondo valvolare, la mia esperienza mi porta a preferire amplificatori con un moderato negative feedback. Questo evita sia il suono sterile di circuiti troppo retroazionati sia i problemi tipici dei circuiti senza feedback, dove il cono del diffusore è poco controllato e i bassi diventano gonfi e imprecisi.

Un amplificatore valvolare con moderata retroazione deve avere uno smorzamento sufficiente a controllare i diffusori mantenendo al tempo stesso una buona musicalità. Per ottenere questo risultato un elemento fondamentale è il trasformatore di uscita. Se il trasformatore ha una banda passante limitata, applicare feedback può peggiorare il risultato.

Il problema è che sul mercato non sono molti i produttori capaci di realizzare trasformatori d’uscita di alta qualità. Per questo motivo molti progettisti si trovano costretti a scegliere tra poco smorzamento oppure molto feedback con effetti collaterali.

Effetti del fattore di smorzamento sulla risposta in frequenza del diffusore acustico

L’impedenza di un diffusore varia con la frequenza. Quando questa impedenza si combina con la Rout dell’amplificatore, la risposta in frequenza del sistema ampli-cassa può cambiare in modo anche significativo.

Queste variazioni sono perfettamente misurabili. Non si tratta di fenomeni misteriosi percepibili solo all’orecchio. In molti casi arrivano anche a uno o due decibel e quindi sono chiaramente udibili.

Molti audiofili preferiscono ignorare questi aspetti e affidarsi solo alle prove d’ascolto, cambiando continuamente apparecchi nella speranza di trovare per caso una combinazione che suoni bene. Senza strumenti di misura questo processo può richiedere anni e portare a spendere molto denaro.

Le misurazioni non sostituiscono l’ascolto, ma aiutano a capire cosa sta succedendo e a restringere il campo delle prove.

Le variazioni sulla risposta in frequenza causate dall’interazione ampli-diffusore possono andare da pochi decimi di dB fino a 2 dB o più. I grafici seguenti sono stati ottenuti utilizzando il mio carico reattivo che simula un diffusore a tre vie.

Il primo grafico mostra la risposta in frequenza di un amplificatore valvolare A moderatamente retroazionato su carico resistivo.

Nel secondo grafico lo stesso amplificatore lavora su carico reattivo, quindi in condizioni più simili a quelle reali. Si nota una variazione della risposta ma il comportamento resta abbastanza controllato.

Nel grafico seguente invece vediamo un amplificatore B valvolare zero feedback. In questo caso la risposta è molto più influenzata dal carico e le distorsioni diventano evidenti sia in ampiezza sia in fase.

Nessuno di questi esempi è perfetto e il comportamento cambia sempre con il diffusore collegato. Però è evidente che aumentando lo smorzamento il sistema tende ad avvicinarsi di più alla risposta ideale.

Come aumentare il fattore di Smorzamento

Restando nel mondo degli amplificatori valvolari, esistono diversi modi per aumentare il fattore di smorzamento, cioè ridurre la Rout di uscita. Alcuni sono più efficaci di altri e spesso comportano compromessi.

1. Ridurre l’induttanza dispersa del trasformatore di uscita. Un buon accoppiamento tra primario e secondario permette alla valvola finale di percepire meglio il comportamento del diffusore. Trasformatori con induttanza dispersa molto elevata peggiorano lo smorzamento. Valori intorno ai 10 mH sono già ragionevoli. Scendere ulteriormente aumentando il sezionamento del trasformatore potrebbe avere effetti negativi sulla risposta in frequenza in alto.

2. Mettere valvole in parallelo. Collegando due valvole identiche la resistenza interna si dimezza e questo può migliorare lo smorzamento. Il problema è che la resistenza interna delle valvole resta comunque elevata, soprattutto nei pentodi, quindi il miglioramento può essere insignificante. Inoltre le valvole non sono mai perfettamente identiche. Anche se selezionate, nel tempo possono divergere e creare problemi di distorsione o instabilità. Per questo motivo preferisco usare una valvola adeguata piuttosto che molte valvole in parallelo.

3. Utilizzare la controreazione. È il metodo più efficace per aumentare lo smorzamento. Purtroppo è anche uno degli argomenti più fraintesi. Quando viene applicata correttamente e con trasformatori adeguati non introduce problemi udibili. Il vero limite è la banda passante del trasformatore di uscita. Se il trasformatore introduce rotazioni di fase importanti, la retroazione può causare instabilità o peggiorare il suono. Con trasformatori ben progettati invece si possono ottenere vantaggi concreti senza effetti collaterali.

Per me progettare un amplificatore HiFi è un po’ come mettere a punto una macchina da corsa. Non si può migliorare un solo parametro ignorando tutto il resto. Alleggerire la carrozzeria serve a poco se poi le ruote sono di legno. Potrebbe interessarvi leggere questo articolo che parla dello smorzamento naturale a zerofeedback.

La misura del fattore di smorzamento

Per misurare il fattore di smorzamento bisogna determinare la resistenza di uscita dell’amplificatore, cioè la Rout. Il metodo più semplice consiste nell’applicare un segnale sinusoidale all’amplificatore e misurare la tensione ai morsetti con e senza carico.

Il carico deve essere una resistenza di valore noto, uguale all’impedenza dell’uscita utilizzata del trasformatore. Ad esempio 8ohm sull’uscita da 8ohm.

La formula del partitore di tensione permette di ricavare la Rout conoscendo la tensione a vuoto, la tensione con carico collegato e il valore della resistenza di carico.

Rout = (tensione senza carico – tensione con carico) / (tensione con carico / resistenza di carico)

Esempio: se si misurano 8V su 8ohm con carico collegato e 10V senza carico

Rout = (10 – 8) / (8 / 8) = 2

Il fattore di smorzamento si ricava quindi come:

DF = Resistenza di carico / Rout

Quindi 8 / 2 = 4

Attenzione ad eseguire la misura dello smorzamento

La misura richiede di scollegare temporaneamente il carico mentre l’amplificatore è in funzione. Con gli amplificatori valvolari questa operazione non è priva di rischi. Se l’amplificatore è progettato correttamente e utilizza trasformatori con buona banda passante e un feedback moderato, di solito non succede nulla di pericoloso. Il problema nasce con alcuni amplificatori commerciali molto retroazionati che possono entrare in oscillazione quando il carico viene rimosso. In queste condizioni è possibile danneggiare trasformatori o valvole, soprattutto su apparecchi di potenza elevata. Per questo motivo chi non ha esperienza dovrebbe evitare questa misura.

Se si vogliono fare prove in sicurezza è possibile utilizzare un variac e alimentare l’amplificatore gradualmente mentre si controlla con l’oscilloscopio cosa succede sull’uscita senza carico. Con tensione di alimentazione ridotta eventuali oscillazioni restano limitate e non causano danni. Se invece si vede che l’amplificatore diventa instabile, è meglio rinunciare alla misura.

In alternativa esiste un metodo più sicuro che consiste nel commutare su un carico diverso, ad esempio 22ohm, senza scollegare completamente il carico. Con la legge di Ohm si può comunque risalire alla Rout. Per facilitare questa procedura ho realizzato anche uno strumento dedicato che commuta automaticamente tra i carichi e calcola il fattore di smorzamento. Qui trovate l’articolo completo sullo strumento e sul metodo di misura.

Il mito degli amplificatori “Correntosi”

Spesso si sente dire che un amplificatore pilota meglio i diffusori perché è più “correntoso”. In realtà questa frase non significa nulla dal punto di vista tecnico. Se un amplificatore eroga 10 watt su un carico, la corrente è determinata semplicemente dalla potenza e dalla resistenza del carico. Due amplificatori da 10 watt forniranno la stessa corrente nello stesso carico. Non esistono amplificatori “più correntosi” a parità di potenza.

La corrente in un carico resistivo si calcola con:

I = RADQ(P / R)

Dove:

• I è la corrente in Ampere
• P è la potenza in Watt
• R è la resistenza del carico in Ohm

Se due amplificatori erogano la stessa potenza nello stesso carico, la corrente sarà identica. Le differenze percepite derivano da altri fattori, molto spesso proprio dal fattore di smorzamento.

Quando qualcuno dice:

• “Sento i bassi lenti e gonfi”
• “L’amplificatore non è abbastanza correntoso”

State sicuri che il problema reale è uno smorzamento troppo basso.

Meglio quindi evitare termini fantasiosi e parlare di parametri reali come potenza, risposta in frequenza, distorsione e fattore di smorzamento.

Quindi quale valore di smorzamento deve avere un’amplificatore per suonare bene?

Vediamo la tabella sotto…

Fattore di Smorzamento	Note
Valvolari senza feedback che dichiarano fattori di smorzamento di diverse centinaia di unità.	Valori che appartengono alla fantasia. Nei valvolari zero feedback già superare DF 4 è difficile. Dichiarazioni molto più alte sono sicuramente marketing.
24 (o più)	Valori quasi irraggiungibili con un amplificatore valvolare. Tipici dei transistor o di valvolari estremamente retroazionati.
Valori da 15 a 20	Possibili con alcune tecniche circuitali e trasformatori di alta qualità. Se implementati male possono suonare peggio di valori più bassi.
Valori da 8 a 14	Tipico valvolare con retroazione moderatamente alta, se c’è anche buon trasformatore di uscita il risultato può essere buono, ma potrebbe suonare in modo simile ad un buon apparecchio a stato solido.
5-8	Valore ottimale !
2	Valore tipico di molti amplificatori zero feedback. In queste condizioni il risultato dipende molto dal diffusore utilizzato. I bassi tendono a essere gonfi e poco controllati, il suono si impasta nei passaggi più complessi e la resa cambia sensibilmente in base alla cassa collegata. Possono risultare appena accettabili solo con carichi semplici, come casse monovia o trombe. Le casse reflex sono da evitare.
Valori DF inferiori a 2	Spesso indicano una progettazione scadente o trasformatori di pessima qualità. Il suono diventa confuso, dominato dalle risonanze del diffusore e privo di reale controllo. In pratica si tratta di amplificatori di pessima fattura, buoni al massimo da smontare per recuperare qualche componente.

Nel tempo sono arrivato alla conclusione che per amplificatori valvolari di bassa potenza un fattore di smorzamento tra 5 e 10 rappresenta un buon compromesso. Con potenze più alte conviene aumentarlo leggermente. Va bene anche un valore attorno al 3/4 ma con potenze dell’ordine dai un paio di watt e non di più.

Poi ci sono quelli che esagerano…

Certi amplificatori a transistor dichiarano fattori di smorzamento superiori a 1000 o addirittura 40.000. In pratica questi numeri non hanno alcuna utilità reale.

Nel sistema reale esistono sempre altre resistenze: quella dei cavi, della bobina del diffusore e dei componenti del crossover. Queste resistenze si sommano alla Rout dell’amplificatore. Se il diffusore introduce già diversi ohm di resistenza parassita, ridurre la Rout dell’amplificatore da 0,1ohm a 0,001ohm non cambia praticamente nulla.

Però per ottenere fattori di smorzamento enormi si usano quantità molto elevate di feedback. Questo può rendere il suono sterile o poco naturale. Anche qui la soluzione migliore è l’equilibrio.

Manipolatori del Suono: Il trucco di tagliare le basse frequenze negli amplificatori zero feedback

Esiste poi un altro fenomeno interessante nel mondo degli amplificatori zero feedback. Alcuni progettisti cercano di nascondere i difetti di basso smorzamento tagliando deliberatamente le basse frequenze. Riducendo l’energia sulle basse frequenze si attenua l’effetto dei bassi gonfi e si crea l’illusione di un suono più controllato. In realtà si tratta semplicemente di togliere una parte del segnale musicale.

Tecniche di Manipolazione del Suono

Una tecnica consiste nel consigliare diffusori che naturalmente producono pochi bassi: monovia, trombe o casse aperte con coni piccoli. In questo modo i limiti dell’amplificatore diventano meno evidenti. Al contrario si sconsigliano diffusori reflex o sistemi con buona estensione in basso perché renderebbero evidente il problema.

Trasformatori con bassa induttanza primaria: progettare un trasformatore con induttanza primaria ridotta porta a un taglio naturale delle basse frequenze. Il risultato è un suono apparentemente più controllato ma in realtà incompleto.

Trasformatori con nucleo vicino alla saturazione: un’altra tecnica consiste nel progettare trasformatori con induttanza elevata sulla carta ma che lavorano quasi saturi in presenza della corrente continua delle valvole. In queste condizioni le basse frequenze risultano distorte o attenuate.

Esempio di distorsione da saturazione del nucleo

Queste soluzioni non migliorano la fedeltà del sistema. Servono solo a mascherare i difetti di amplificatori con smorzamento troppo basso. Un buon amplificatore dovrebbe essere in grado di riprodurre tutto lo spettro audio senza artifici. Tagliare le basse frequenze per nascondere un problema non è una soluzione tecnica seria.