Oltre i 47K: Il carico al primario del SUT e gli effetti sul damping

  

 

Il carico della testina MC

 

Una testina MC ha una risonanza ultrasonica. E' molto importante controllarne l'entità, perche' da essa dipendono le capacità di tracciamento della testina e dunque le prestazioni di ascolto.

Questa risonanza viene gestita tramite due vie, solo una delle quali è modificabile dall'utente. La prima via è quella interna alla testina: damping meccanico ed elettromagnetico derivante dalle geometria di costruzione della testina, ed in quanto tale non modificabile. La seconda via secondo la quale la testina riceve damping è di natura elettromagnetica e si verifica ogni volta che colleghiamo la testina ad un carico esterno. Chiamiamolo per chiarezza: damping elettromagnetico esterno (DEE). Questa componente aumenta in funzione della severità del carico, cioè quanto piu' esso è dissipativo nei confronti del segnale erogato dalla testina.  

A seconda della tipologia di costruzione della testina, la percentuale del DEE che possiamo apportare, puo' essere di entità paritaria, o addirittura maggioritaria rispetto al fabbisogno totale di smorzamento dell'equipaggio mobile. Per approfondimenti sullo smorzamento delle testine MC  si faccia riferimento alla white paper dedicata.

La "manopola" per dosare la quantità di DEE, è il carico che facciamo vedere alla testina, tramite il circuito a valle ad essa collegato: SUT + impedenza di ingresso phono MM 

 

Il retaggio della impedenza fissa a 47 KΩ nei phono

Il valore di 47 KΩ come impedenza di ingresso nei phono è lo standard per le testine MM (considerando qui la sola componente resistiva), ma non ha alcuna relazione con le testine MC né con il loro interfacciamento tramite SUT. Nelle MC lo smorzamento elettromeccanico esterno (DEE) di tipo riflesso, dipende dall’impedenza del phono MM e dal rapporto di trasformazione del SUT, poiché l’impedenza del phono viene riflessa alla testina attraverso il trasformatore. Se il phono MM ha impedenza fissa a 47 KΩ, il carico equivalente visto dalla testina, e quindi il DEE, risulta vincolato a un valore fisso.

Questa situazione può indurre a usare il rapporto di trasformazione del SUT come leva per modificare il carico visto dalla testina. È un approccio scorretto. Il rapporto di step-up va scelto esclusivamente in funzione della tensione necessaria per pilotare correttamente il phono MM e in relazione all’impedenza interna della testina. Un livello troppo basso penalizza il rapporto segnale/rumore, uno troppo alto può saturare lo stadio di ingresso del phono. Inoltre rapporti elevati, se abbinati a testine con impedenza interna non sufficientemente bassa, generano un marcato effetto partitore e possono offrire una induttanza primaria insufficiente in relazione la resistenza interna della testina, con attenuazione in gamma bassa e rotazioni di fase. I SUT ad alto gain sono infatti pensati per testine a bassissima impedenza, che richiedono minore induttanza primaria.

Una volta determinato il rapporto corretto per ottenere un livello di tensione adeguato, si verifica che l’impedenza riflessa sia coerente con quanto dichiarato dal costruttore o con quanto ritenuto congruo in base alla tipologia costruttiva della testina. Tuttavia, poiché le condizioni al contorno di una catena audio sono sempre variabili e l’ascolto resta il criterio ultimo di verifica, è fondamentale poter intervenire sul carico visto dalla testina — e quindi sul damping esterno — senza modificare il rapporto del SUT.

L’unico modo tecnicamente coerente per farlo è disporre di un phono MM con impedenza di ingresso variabile su un range ampio. Un intervallo compreso indicativamente tra 22 KΩ e 270 KΩ, articolato in 5 o 6 passi discreti, consente una regolazione efficace e razionale.

Autorisonanze del SUT

 

Anche il SUT ha una risonanza intrinseca, la quale dovrebbe essere di modesta ampiezza e sopratutto essere in banda ultrasonica. L’autorisonanza del SUT può essere smorzata e controllata, ma per capire come intervenire, c'è da esaminare dove cade la risonanza (frequenza) , e quale sia la sua ampiezza ( picco in dB rispetto la banda passante). Purtoppo i costruttori di SUT raramente forniscono questo dato.

 

 

I metodi per smorzare la risonanza di un SUT

Smorzamento resistivo: L’autorisonanza del SUT si smorza tanto piu viene imposto un carico resistivo severo.  Il carico standard di 47KΩ offerto dai phono MM ai SUT, costituisce sempre un carico relativamente severo. Un SUT molto lineare e con una risonanza molto sopra la banda audio si gioverebbe molto nel vedere una resistenza di crico decisamente piu' alta. Anche qui il carico di 47KΩ fisso è una limitazione che non permette di provare le reali performance dell'accoppiata testina + SUT.  

 

 

 

Se ad esempio avessimo un SUT con una autorisonanza al di sopra dei 100KHz, molto controllata, tipo con picco di soli 3-4 dB, potrebbe essere ineressante farlo lavorare con un carico sul secondario molto leggero, nell'ordine di 150K e oltre. Viceversa se ne avessimo  uno che risuona a 40 KHz con un picco di 6 dB, dovremmo smorzarlo con un carico secondario severo, 47K e anche piu' basso. E' ovviamente preferibile avere un SUT intrinsecamente smorzato con una risonanza molto lontana dalla banda audio e utilizzarlo con un carico molto alto, in modo da farlo lavorare  senza dissipazioni energetiche esterne.

 

Smorzamento capacitivo: anche un carico capacitivo, a valle del SUT, smorza  il picco di risonanza dello stesso, ma purtoppo, oltre a smorzarlo, lo trasla verso frequenze minori, avvicinandolo alla banda audio.

Si evince che tutte le capacità a valle del SUT, e quindi anche la componente capacitiva della impedenza del phono MM, vanno tenute le minime possibili. Inoltre alla crescita del valore capacitivo si associa anche una rotazione di fase.

 

REGOLA -->  la capacità di ingresso del phono MM,  ( e quindi anche del cavo tra SUT e pre ) , necessaria per testine MM, diviene un parametro da minimizzare nel caso di fonorivelatori MC

 

Nota sul calcolo del valore di risonanza di un SUT : essa va calcolata mettendosi nelle condizioni di massimizzare il picco, per vederlo meglio. Questo avviene con una resistenza di carico la piu' alta (sensatamente) possibile e con il minimo valore capacitivo che un ingresso phono puo' presentare. Io effettuo queste misurazioni caricando i miei SUT con una resistore da 270 KΩ e una capacità di 80 pF. Poi misuro a che frequenza cade il picco di risonanza, ed il valore in dB che il picco assume rispetto il livello della banda passante.

 

 

 

Un metodo di carico alternativo --> lo smorzamento elettromeccanico esterno "diretto" della testina

 

Quando  il secondario del SUT si connette a un phono MM, la resistenza di ingresso dello stesso, va CONTEMPORANEAMENTE a caricare sia il SUT che la testina, poichè la testina vede la resistenza attraverso l'inverso del quasdrato del rapporto di trasformazione. Percio' staimo offerndo damping sia al SUT che alla testina, senza la possibilità di agire indipendemente. I smorzamenti dei due sistemi fisici sono correlati.

Questo non è detto che sia intrinsecamente un male, ma se abbiamo un SUT di grande qualità, con autorisonanza controllata e molto al di fuori della banda audio, diciamo sopra i 100 KHZ, puo' essere vantaggioso lasciare il SUT “non frenato” , collegandolo percio' a un phono MM ad alta impedenza di ingresso. Come potrebbe essere un 270K.  

 

Ma allora come facciamo a far vedere alla testina la giusta impedenza se :

•  il rapporto di trasformazione del SUT deve essere usato solo per dare la giusta amplificazione di tensione
•   l’impedenza di ingresso del phono MM è di 270 K per non smorzare il SUT

 

 

La risposta è semplice: Il damping (carico) alla testina Rl viene fornito mettendolo in parallelo al primario del SUT. Chiamiamo questo metodo di damping elettromagnetico esterno diretto

Si deve fare in modo che la resistenza di carico Rl che inseriamo in parallelo al primario, parallelata con la resistenza trasposta al primario dell'impedenza di ingresso , dia il valore Rv che vogliamo che la testina veda 

In questa maniera il SUT non viene caricato in modo trascurabile, e il giusto damping alla testina viene ottenuto direttamente, facendo dissipare energia su una resistenza posta in parallelo al primario, e dunque alla testina stessa. 

Invece caricando il secondario del SUT abbiamo un doppio effetto sul suono, derivante dall’aver smorzato SIA il SUT e SIA la testina, e non sapremo davvero mai le influenze dell’uno e dell’altro, attribuendo magari colpe alla testina che dipendono dal SUT e viceversa. 

Riassumendo : Il caricamento della testina riflesso dal secondario coinvolge l’intero sistema trasformatore nel processo di smorzamento, mentre il caricamento diretto al primario separa maggiormente il controllo del damping del fonorivelatore dal comportamento dinamico del dispositivo di step-up.

Percio' lo smorzamento elettromeccanico esterno riflesso ( caricando al secondario del SUT) e diretto ( caricando con una resistenza al primario del SUT) ,  pur a parità di impedenza nominale vista dalla testina, non risultano pienamente equivalenti dal punto di vista elettromeccanico né energetico.

Questa distinzione, spesso trascurata in ambito puramente teorico, assume rilevanza pratica nell’ottimizzazione fine dell’interfacciamento testina-trasformatore-stadio fono, dove l’obiettivo non è soltanto il raggiungimento di una determinata impedenza nominale, ma il controllo complessivo dei flussi energetici che governano il moto dell’equipaggio mobile.