TA-10.2P - THD+N Distorsione armonica

Ciao a tutti,

spero mi possiate aiutare a capire.
In un recente post sul V-DAC II avevo scritto che il mio sistema hi-fi (in firma) andava in distorsione ad alto volume a certe frequenze. Da allora ho provato a ragionare su quali potessero essere le cause e se vi fosse un colpevole: il pre, il finale o i diffusori? O tutti assieme?


Allora sono andato a leggere i dati tecnici del Darkvoice che riportano solo una distorsione inferiore al 2% ... mah ..un dato non molto utile..


I dati tecnici del Trends Audio TA-10.2P riportano, invece, chiaramente:
THD+N
Qualità "Audiophile"
0.03% @ 9W, 4ohm
0.1% @ 11W 4ohm
0.1% @ 6W 8ohm
Alta potenza
10% @ 15W 4ohm
10% @ 10W 8ohm


Poi ho pensato che l'impedenza dei diffusori varia al variare della frequenza: anche se la nominale è 4-8 Ohm, a certe frequenze avrà dei picchi che vanno ben oltre tale valore. Ho cercato quindi in internet ed ho trovato un grafico impedenza VS frequenza dei Mordaunt Short Avant 906i che riporto di seguito (si noti il picco di ben 27 Ohm tra i 2 e i 3 kHz, tratto da http://www.mordauntshort.com/assets/documents/Hi-FiWorldJune07906igrouptestcombo.pdf):



Nell'ascolto in cuffia con il DarkVoice ho raggiunto livelli di volume molto alti senza percepire distorsioni ... nell'uso da pre il comportamento sarà sicuramente differente, ma ritengo che questo non possa portare distorsioni se non a volumi ben oltre la soglia di dolore ...


Quindi sono giunto alla conclusione che ad alto volume, l'alta impedenza dei diffusori caratteristica di certe frequenze (tra 1 e 4 kHz) possa portare ad una elevata erogazione di potenza da parte del finale che proprio in quelle frequenze va in distorsione. In effetti all'ascolto di musica rock sono soprattutto le chitarre elettriche a distorcere, ricche di armoniche a quelle frequenze.


E' un ragionamento corretto?
Se sì, come posso risolverlo senza cambiare sostanzialmente l'impianto? Un alimentatore come il Zetagi FT146 potrebbe portare più in alto la soglia di distorsione del TA?


un grazie in anticipo a tutti quelli che mi daranno una mano

marcocb ha scritto:Ciao a tutti,

spero mi possiate aiutare a capire.

Poi ho pensato che l'impedenza dei diffusori varia al variare della frequenza: anche se la nominale è 4-8 Ohm, a certe frequenze avrà dei picchi che vanno ben oltre tale valore. Ho cercato quindi in internet ed ho trovato un grafico impedenza VS frequenza dei Mordaunt Short Avant 906i che riporto di seguito (si noti il picco di ben 27 Ohm tra i 2 e i 3 kHz, tratto da http://www.mordauntshort.com/assets/documents/Hi-FiWorldJune07906igrouptestcombo.pdf):




Quindi sono giunto alla conclusione che ad alto volume, l'alta impedenza dei diffusori caratteristica di certe frequenze (tra 1 e 4 kHz) possa portare ad una elevata erogazione di potenza da parte del finale che proprio in quelle frequenze va in distorsione. In effetti all'ascolto di musica rock sono soprattutto le chitarre elettriche a distorcere, ricche di armoniche a quelle frequenze.

E' un ragionamento corretto?

No, è il contrario, l'amplificatore deve erogare più corrente quando l'impedenza del diffusore scende.
In sostanza l'ampli deve mantenere una certa differenza di tensione (data dal segnale musicale e dal volume a cui stai ascoltando) ai capi dell'altoparlante, più scende l'impedenza, più il finale per mantenere quella differenza di tensione deve erogare corrente.
Tieni anche conto del fatto che è più facile avvertire la distorsione sulle alta frequenza che quella sulle basse.
In pratica l'orecchio è più sensibile in gamma medio-alta che bassa.

Modifico: non avevo visto la tua domanda sull'alimentatore, potresti avere un miglioramento (molto piccolo) se puoi alimentare l'ampli a tensione più alta, perchè è la tensione d'alimentazione che stabilisce il limite di potenza oltre il quale l'ampli clippa. Inoltre se il tuo alimentatore fosse troppo piccolo sicuramente con la richiesta di corrente dell'ampli ad alto volume si "siederà" un poco riducendo la tensione in uscita.
Io credo che nel tuo caso sia un problema di potenza e non di corrente, altrimenti i problemi li avresti avvertiti più sui bassi.
Comunque un buon alimentatore capace di erogare più corrente sicuramente ti migliorerà il suono.

in effetti, ho scritto una mezza cavolata ..
quello che volevo dire è che se l'impedenza è alta, la distorsione arriva ad un livello più basso di potenza .. infatti:
a 4 Ohm il 10% di distorsione si ha con 15 W,
a 8 Ohm il 10% di distorsione si ha con 10 W,
a 27 Ohm il 10% di distorsione si ha con X<10 W.

marcocb ha scritto:in effetti, ho scritto una mezza cavolata ..
quello che volevo dire è che se l'impedenza è alta, la distorsione arriva ad un livello più basso di potenza .. infatti:
a 4 Ohm il 10% di distorsione si ha con 15 W,
a 8 Ohm il 10% di distorsione si ha con 10 W,
a 27 Ohm il 10% di distorsione si ha con X<10 W.

No Marco,
A parità di tensione sugli altoparlanti se l'impedenza è più bassa la potenza dissipata è più alta.
Allora : la legge di Ohm dice : potenza = tensione al quadrato diviso la resistenza.
facciamo un'esempio :fingiamo di avere un'ampli che può dare una tensione massima di 15V.
15v x 15v diviso 8 Ohm = 28,1 Watts.
15v x 15v diviso 4 Ohm = 56,2 Watts.
Questo vale nel caso di un'amplificatore ideale, che cioè riesce a mantenere costante la tensione in uscita.
Purtroppo il tuo ampli(e moltissimi altri, quasi tutti) non riescono a mantenere la tensione costante al diminuire del carico, perchè per farlo devono erogare correnti sempre più alte.
Se fosse u'ampli ideale dovrebbe poter erogare su 4 Ohm il doppio della potenza che su 8 Ohm, poichè non ce la fà ( per raggiunti limiti di corrente, la distorsione arriva prima e infatti raggiunge il 10%(che è un valore elevatissimo) a 15Watt.
Nel nostro esempio a 27 Ohm ( a parità di tensione) la potenza sarebbe :
15 x15: 27 = 8,3Watt.
Infatti nella risposta in frequenza dell'insieme ampli- diffusore dove c'è un minimo d'impedenza c'è un picco nella risposta, dove l'impedenza sale c'è un avvallamento.
Per questo è preferibile avere una curva d'impedenza piatta e una bassa impedenza d'uscita dell'ampli.

P.S.Queste piccole indicazioni sono giusto per dare un'idea di quello che succede tra ampli e diffusori, naturalmente il discorso è molto più complesso.

devo assolutamente ripassare i libri di elettronica
conosco bene la legge di ohm .. ma questa distorsione mi sta prendendo per il c...
la sento proprio alle frequenze del picco .. boh!
so che l'orecchio è più sensibile a tali frequenze ma è anche vero che ad alti livelli le differenze con le altre frequenze si assottigliano ...

beh .. a parte questo, un alimentatore stabilizzato come lo ZetaGi da 13,8V 6A al posto dell'alimentatore switching di serie da 12V 4A, mi consentirebbe ascolti a volume più elevato senza distorsioni?
Mi sa che dovrò accontentarmi di ascolti a volume più basso ... non che abbia difficoltà a farlo

Sicuramente casse più sensibili e ampli più potente mi aiuterebbero .. ma gli upgrade li farò fra qualche anno

marcocb ha scritto:devo assolutamente ripassare i libri di elettronica
conosco bene la legge di ohm .. ma questa distorsione mi sta prendendo per il c...
la sento proprio alle frequenze del picco .. boh!
so che l'orecchio è più sensibile a tali frequenze ma è anche vero che ad alti livelli le differenze con le altre frequenze si assottigliano ...

beh .. a parte questo, un alimentatore stabilizzato come lo ZetaGi da 13,8V 6A al posto dell'alimentatore switching di serie da 12V 4A, mi consentirebbe ascolti a volume più elevato senza distorsioni?
Mi sa che dovrò accontentarmi di ascolti a volume più basso ... non che abbia difficoltà a farlo

Sicuramente casse più sensibili e ampli più potente mi aiuterebbero .. ma gli upgrade li farò fra qualche anno

Può essere benissimo che la distorsione è proprio a quelle frequenze, ma la colpa non è del picco, bisognerebbe guardare anche le rotazioni di fase dell'impedenza, e poi stiamo facendo un discorso a distanza, potrebbero essere più di una causa che si rivelano nell'intorno di quelle frequenze più delicate per l'orecchio.

Per l'alimentatore non so risponderti in maniera certa, non conosco nè l'ampli nè l' alimentatore.
Sicuramente guadagnerai in qualità nei confronti dello switching di serie, devi verificare se l'ampli può accettare la tensione superiore, è una differenza di poco più del 10%, dovrebbe rientrare nella tolleranza, ma sarebbe meglio che qualcuno più esperto di me ti desse l'o.k.
l'incremento di potenza sarebbe minimo, ma con più corrente e un alimentatore non switching, avrai sicuramente dei miglioramenti.

vista l'ora spero di non scrivere ancora cavolate ..
in un altro thread è stato linkato questo sito http://www.soundandvisionmag.com/blog/2011/08/01/distortion-show-and-tell

riporto un breve tratto:
Although distortion can be defined as any alteration in the waveform of an audio signal, the kind of distortion we’re usually talking about in audio is harmonic distortion, which you see cited in amplifier specs as THD, or total harmonic distortion. Harmonic distortion in amplifiers is usually caused by the amplifier needing more voltage than its power supply can provide. It can also be caused by some part of the internal circuit (usually the output transistors) exceeding its output capacity. Thus, instead of reproducing the peaks of an audio waveform, the amplifier clips them off, hence the term “clipping.”

Faccio qualche conto:
Z1 = 4 Ohm -> 10% THD @ P1 = 15 W -> V1 = sqrt ( Z1 x P1) = 7,7 V
Z2 = 8 Ohm -> 10% THD @ P2 = 10 W -> V2 = sqrt ( Z2 x P2) = 8,9 V

ipotizzo per esempio una distorsione del 10% alla potenza di 6 W su un carico di 27 Ohm:
Z3 = 27 Ohm -> 10% THD @ P3 = 6 W -> V3 = sqrt ( Z3 x P3) = 12,7 V
12,7 V sono oltre i 12 V dell'alimentatore, da cui il clipping e la distorsione

Nell'articolo di cui sopra, è scritto anche:
Of course, speakers also produce harmonic distortion and other types of distortion. Speaker distortion can arise from a diaphragm (like a woofer cone) reaching the limits of its excursion; from high-frequency resonances (commonly referred to as “breakup modes”) in the diaphragm; and also from things like port turbulence and insufficiently robust crossover parts. Although the physics are different, the end result is often similar, but speaker distortion tends to be much higher than amplifier distortion, especially in subwoofers.

il che mi porta a pensare che è meglio se non mi faccio tante seg... mentali e mi tengo quello che ho ..

vabbè .. vado a letto

marcocb ha scritto:vista l'ora spero di non scrivere ancora cavolate ..
in un altro thread è stato linkato questo sito http://www.soundandvisionmag.com/blog/2011/08/01/distortion-show-and-tell

riporto un breve tratto:
Although distortion can be defined as any alteration in the waveform of an audio signal, the kind of distortion we’re usually talking about in audio is harmonic distortion, which you see cited in amplifier specs as THD, or total harmonic distortion. Harmonic distortion in amplifiers is usually caused by the amplifier needing more voltage than its power supply can provide. It can also be caused by some part of the internal circuit (usually the output transistors) exceeding its output capacity. Thus, instead of reproducing the peaks of an audio waveform, the amplifier clips them off, hence the term “clipping.”

Faccio qualche conto:
Z1 = 4 Ohm -> 10% THD @ P1 = 15 W -> V1 = sqrt ( Z1 x P1) = 7,7 V
Z2 = 8 Ohm -> 10% THD @ P2 = 10 W -> V2 = sqrt ( Z2 x P2) = 8,9 V

ipotizzo per esempio una distorsione del 10% alla potenza di 6 W su un carico di 27 Ohm:
Z3 = 27 Ohm -> 10% THD @ P3 = 6 W -> V3 = sqrt ( Z3 x P3) = 12,7 V
12,7 V sono oltre i 12 V dell'alimentatore, da cui il clipping e la distorsione

Nell'articolo di cui sopra, è scritto anche:
Of course, speakers also produce harmonic distortion and other types of distortion. Speaker distortion can arise from a diaphragm (like a woofer cone) reaching the limits of its excursion; from high-frequency resonances (commonly referred to as “breakup modes”) in the diaphragm; and also from things like port turbulence and insufficiently robust crossover parts. Although the physics are different, the end result is often similar, but speaker distortion tends to be much higher than amplifier distortion, especially in subwoofers.

il che mi porta a pensare che è meglio se non mi faccio tante seg... mentali e mi tengo quello che ho ..

vabbè .. vado a letto

Ti rispondo domattina.
Buonanotte

marcocb ha scritto:
Faccio qualche conto:
Z1 = 4 Ohm -> 10% THD @ P1 = 15 W -> V1 = sqrt ( Z1 x P1) = 7,7 V
Z2 = 8 Ohm -> 10% THD @ P2 = 10 W -> V2 = sqrt ( Z2 x P2) = 8,9 V

ipotizzo per esempio una distorsione del 10% alla potenza di 6 W su un carico di 27 Ohm:
Z3 = 27 Ohm -> 10% THD @ P3 = 6 W -> V3 = sqrt ( Z3 x P3) = 12,7 V
12,7 V sono oltre i 12 V dell'alimentatore, da cui il clipping e la distorsione

Ciao Marco,
i tuoi conti sono imprecisi, diciamo che è anche colpa mia, che per semplificare e rendere comprensibile la materia ho fatto alcune semplificazioni.
Voglio anche dirti che le considerazioni che faccio sono valide per gli ampli tradizionali, non sò se con quelli in classe T ci sono differenze sostanziali, ma non credo.
1) Quando diciamo che l'ampli in uscita può avere al MASSIMO la tensione d'alimentazione non significa che questa è tutta disponibile sulle uscite, ci sono perdite all'interno del circuito per le quali la tensione disponibile è più bassa.
2) La tensione che si usa per calcolare la potenza d'uscita è una tensione EFFICACE cioè rms (root means square) (la tensione efficace è una tensione alternata che produrrebbe lo stesso effetto termico di una tensione continua e si calcola facendo la media quadratica di tutti i punti della sinusoide) praticamente la tensione efficace è la tensione di picco diviso 1,41 (radice di 2).
La nostra tensione disponibile(quella di alimentazione) è 12 Volts picco picco, il suo valore efficace è (12/1,41) 8,5 Volts.
Watt rms MASSIMI su 8 Ohm = 8,5 x 8,5 /8 = 9 W
poichè abbiamo delle perdite i watt disponibili (da datasheet) sono solo 6 (o almeno con bassa distorsione "qualità audiofila" sono 6w, arrivano a 9 se tolleriamo una distorsione del 5%,)
Watt rms MASSIMI su 4 Ohm = 8,5 x 8,5 /4 = 18 W
poichè abbiamo delle perdite i watt disponibili (da datasheet) sono solo 11
Il resto sono perdite del circuito, calore, ecc.
<<ipotizzo per esempio una distorsione del 10% alla potenza di 6 W su un carico di 27 Ohm:
Z3 = 27 Ohm -> 10% THD @ P3 = 6 W -> V3 = sqrt ( Z3 x P3) = 12,7 V
12,7 V sono oltre i 12 V dell'alimentatore, da cui il clipping e la distorsione>>

Il tuo ampli non potrà mai dissipare 6W su di un carico di 27 Ohm, perchè non puà avere 12,7V efficaci sulle uscite.
Come ti ho spiegato all'aumentare dell'impedenza la tensione resta costante, diminuisce la corrente necessaria.
E ti assicuro che non distorce perchè l'impedenza del carico è 27Ohm, anzi se fosse più bassa distorcerebbe di più.


Ti consiglio di andare a guardare il datasheet del chip
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/Tripath/mXyzxwwt.pdf
guarda soprattutto i grafici : THD+N versus Output Power e
THD+N versus Frequency.
Il secondo dà un riscontro alle tue sensazioni, infatti la distorsione inizia a salire proprio intorno ai 1000Hz e tieni conto che è misurata a 5Watt, se guardi l'altro grafico è una potenza dove la distorsione è bassa, pensa che succede a potenze più alte.

Un'ultima cosa:

Tieni conto che quando tu ascolti un brano musicale e scegli il volume al quale vuoi ascoltare non decidi quale deve essere la potenza, ma decidi (tramite la manopola del volume) qual'è la tensione da inviare ai diffusori(cioè qual'è l'ampiezza del segnale), lo stadio finale provvederà a fornire la corrente necessaria, questa corrente sull'impedenza dei diffusori dissiperà una potenza.
In pratica una volta regolato il volume la tensione resta idealmente costante(come abbiamo già detto è un compito dell'ampli mantenerla costante e non tutti ci riescono) ma la potenza varierà in base all'impedenza dei diffusori.

P.S. effettivamente il componente con più distorsione è il diffusore. Ma la colpa non è solo degli altoparlanti.

grazie mille per la spiegazione ... concordo con quello che dici .. ma credo che non sia completo .. io infatti volevo andare oltre a quello che sono le relazioni "usuali" tra ampli e diffusore
ho letto un po' di cose in internet .. in effetti, la risonanza propria del crossover del diffusore causa dei picchi nella curva di impedenza .. non è detto che ad alte impedenze l'amplificatore lavora meglio, anzi può vedere una impedenza (resistenza) eccessiva a quello che fornisce ed andare in affanno, soprattutto quando la potenza che riesce a fornire è bassa come il TA.. la curva di impedenza del diffusore deve stare in un intervallo ben determinato e possibilmente dovrebbe essere piatta ..
i miei esempi e le mie considerazioni erano solo (erroneamente) indicativi di quella parte .. e sempre erroneamente troppo semplicistici

dovevo e devo studiare di più

marcocb ha scritto:grazie mille per la spiegazione ... concordo con quello che dici .. ma credo che non sia completo .. io infatti volevo andare oltre a quello che sono le relazioni "usuali" tra ampli e diffusore

Lo so che non è completo, bisognerebbe scrivere un trattato di elettroacustica.
E certamente io non ne sarei capace, quello che sò è troppo poco in confronto alla vastità della materia, allora cerco di imparare.
Se andrai oltre le usuali relazioni tra ampli e diffusori tienici aggiornati.

marcocb ha scritto:ho letto un po' di cose in internet .. in effetti, la risonanza propria del crossover del diffusore causa dei picchi nella curva di impedenza .. non è detto che ad alte impedenze l'amplificatore lavora meglio, anzi può vedere una impedenza (resistenza) eccessiva a quello che fornisce ed andare in affanno, soprattutto quando la potenza che riesce a fornire è bassa come il TA..

Questo non l'ho capito .

marcocb ha scritto:la curva di impedenza del diffusore deve stare in un intervallo ben determinato e possibilmente dovrebbe essere piatta ..

Questo è poco ma sicuro.

vabbè .. sta di fatto che c'è qualcosa che distorce .. e che mi terrò così l'impianto .. metterò un limitatore alla manopola

grazie per il confronto .. è stato utile