Un'analisi approfondita dei preamplificatori passivi

Tutto quello che devi sapere sui preamplificatori più trasparenti al mondo

Nota: Questo articolo è stato tradotto dall’inglese, quindi alcuni termini tecnici potrebbero non essere del tutto corretti.

Mentre molti componenti hi-fi mirano a modellare o migliorare il suono, il compito di un preamplificatore passivo è l'opposto: fungere da hub di controllo invisibile, consentendo ai segnali di passare liberamente senza alcun effetto, a parte la commutazione e il controllo del volume. Quindi, se hai sempre desiderato ascoltare la tua musica con il tipo di trasparenza che solo un preamplificatore passivo può offrire, allaccia le cinture: stiamo per approfondire tutto ciò che devi sapere su di loro. Iniziamo con alcune nozioni di base:

Cos'è un preamplificatore passivo?

In poche parole, si tratta di un controllo del volume di alta qualità, con qualche resistore e qualche interruttore integrati. Nessun alimentatore, condensatori, transistor o altri componenti elettronici alimentati. Questo permette di controllare il volume, passare da una sorgente all'altra e configurare più uscite senza alcuna variazione udibile del suono.

Preamplificatori passivi vs. attivi

I preamplificatori attivi amplificano il segnale, aumentandone la tensione per pilotare l'amplificatore di potenza. Sono ottimi per sorgenti a bassa potenza, ma possono introdurre rumore, distorsione o colorazione a causa dei circuiti aggiuntivi. D'altra parte, i preamplificatori passivi non amplificano il segnale, ma controllano solo il volume e commutano ingressi/uscite. Questo si traduce in un suono più pulito e trasparente.

Sembra fantastico, ma qual è lo svantaggio?

"Svantaggi" potrebbe essere un termine eccessivo, ma i preamplificatori passivi presentano alcune limitazioni, tutte attenuabili se il preamplificatore è ben progettato e il sistema è compatibile.

Compatibilità del sistema

Il limite più ovvio è che i preamplificatori passivi non hanno guadagno, il che significa che non amplificano il segnale. Per un volume adeguato, la sorgente deve avere una tensione di uscita sufficientemente alta da pilotare adeguatamente l'amplificatore di potenza. Come regola generale, la tensione di uscita della sorgente dovrebbe essere almeno la metà della sensibilità di ingresso dell'amplificatore . Questo garantisce una tensione sufficiente per pilotare l'amplificatore quasi a pieno volume. Le sorgenti digitali in genere hanno un'uscita sufficiente da non rappresentare un problema, ma le configurazioni phono richiedono maggiore attenzione. In questo caso, è necessario considerare sia la tensione di uscita della testina che il guadagno dello stadio phono. Inviaci i dettagli della tua testina, dello stadio phono e dell'amplificatore e ti aiuteremo a verificarne la compatibilità.

Impedenza di uscita e cavi

L'altro limite dei preamplificatori passivi è che possono avere un'impedenza di uscita elevata se non progettati correttamente, il che purtroppo accade con molti componenti passivi sul mercato. Un'impedenza di uscita elevata è dannosa per diversi motivi. Il primo è che è necessario garantire un accurato adattamento del sistema per evitare di perdere il volume massimo (vedi Adattamento di Impedenza più avanti). Il secondo è che valori più elevati introducono più rumore, riducendo il rapporto segnale/rumore del sistema. Il terzo, e forse il più grave, è che un'impedenza di uscita elevata si combina con la capacità dei cavi di uscita per formare un filtro passa-basso, attenuando alcune delle alte frequenze. Se si combina un'impedenza di uscita di 12,5 kOhm (un valore tipico di alcuni componenti passivi mal progettati) con 3 metri di cavo RCA medio, si ottiene un punto di -3 dB pari a circa 10 kHz! Questo è ben al di sotto del limite superiore dell'udito umano e avrà un effetto notevole sul suono.

Come evitare un'impedenza di uscita elevata?

In realtà è piuttosto semplice: usate un controllo del volume da 10 kOhm del tipo giusto, come un potenziometro o un attenuatore a gradini SMD come quello del nostro Mini Preamplificatore Passivo. Evitate di usare valori più alti ed evitate attenuatori shunt di qualsiasi valore. Il nostro Mini Preamplificatore ha un'impedenza di uscita nel caso peggiore di 2,5 kOhm, il che significa che quegli stessi cavi da 3 m ora hanno un punto di -3 dB a 80 kHz, ben al di fuori dei limiti dell'udito umano, garantendo che il suono non venga influenzato.

"Adattamento di impedenza"

Un'idea sbagliata comune sui preamplificatori passivi è che richiedano un "adattamento di impedenza". In realtà, i sistemi Hi-Fi utilizzano il cosiddetto "impedance bridging", in cui l'impedenza di uscita della sorgente è significativamente inferiore all'impedenza di ingresso del carico per evitare di ridurre involontariamente il livello del volume. Contrariamente a quanto molti credono, l'impedenza non ha alcun effetto sulla qualità del suono in sé in circostanze normali, ma solo sul volume. Quindi, quando l'impedenza diventa un problema? Alcuni preamplificatori passivi hanno un'impedenza di uscita sufficientemente elevata da causare una significativa perdita di volume quando collegati a un amplificatore. Al contrario, l'attenuatore SMD utilizzato nel nostro mini preamplificatore ha un'impedenza di uscita di 0 Ohm a pieno volume (connessione diretta), il che significa che il "impedance bridging" non è un problema. Non si perderà volume, nemmeno pilotando più amplificatori contemporaneamente.

Diversi tipi di controlli del volume

Potenziometro? Attenuatore di shunt? Cosa sono? Questi sono alcuni tipi diversi di controllo del volume. Ce ne sono diversi, ognuno con i suoi pro e contro. Analizziamoli ora:

Potenziometri

Il tipo più elementare di controllo del volume, presente nella stragrande maggioranza delle apparecchiature audio, utilizza un contatto strisciante che ruota attorno a un elemento resistivo .
Pro: Economico e piacevole. Funziona bene per il 99% delle applicazioni.
Contro: sono spesso di scarsa qualità e tendono ad avere un bilanciamento dei canali molto scarso a bassi livelli di volume.
Caratteristiche di impedenza: ideali per preamplificatori passivi quando si utilizza un valore di 10 kOhm. Hanno un'impedenza di ingresso fissa e la loro impedenza di uscita sarà sempre uguale o inferiore al loro valore diviso per 4. Ad esempio, un attenuatore da 10 kOhm ha un'impedenza di ingresso fissa di 10 kOhm e un'impedenza di uscita massima di 2,5 kOhm.

Attenuatori a gradini

Esistono tre tipi principali di attenuatori a gradini: in serie, a scala e a shunt. Guardate questa immagine per visualizzare le differenze. Forse approfondiremo gli attenuatori in un altro post del blog, ma per ora ci limiteremo alle nozioni di base.

Attenuatori a gradini in serie

Questo è il tipo di attenuatore che utilizziamo nel nostro mini preamplificatore passivo. Funzionano in modo quasi identico ai potenziometri, solo che invece di una traccia resistiva, i contatti scorrono su un circuito stampato con tanti piccoli resistori individuali .
Pro: qualità superiore e maggiore precisione rispetto ai potenziometri.
Contro: Più costoso.
Caratteristiche di impedenza: identiche ai potenziometri.

Attenuatori a gradini a scala

Hanno prestazioni simili agli attenuatori in serie, ma utilizzano un interruttore complesso per selezionare tra coppie di resistori.
Pro: meno componenti presenti contemporaneamente nel percorso del segnale.
Contro: Possono produrre rumore di commutazione (scoppiettii attraverso gli altoparlanti). Richiedono il doppio delle resistenze per realizzare un attenuatore rispetto a una configurazione in serie, il che li rende più complessi e costosi.
Caratteristiche di impedenza: identiche ai potenziometri, se progettate correttamente.

Attenuatori a gradini shunt

Si tratta essenzialmente di un tentativo di ridurre il costo degli attenuatori a scala sostituendone metà con una resistenza a valore fisso. Sebbene in linea di principio sembri una buona idea, rendere la resistenza di ingresso a valore fisso causa molti più problemi di quanti ne risolva. Hanno un'impedenza di uscita sostanzialmente più elevata rispetto ad altre configurazioni, causando tutti i problemi sopra menzionati, come la perdita ad alta frequenza. La resistenza fissa è sempre presente nel percorso del segnale, il che significa che non c'è una "connessione diretta" a pieno volume, quindi il bridging dell'impedenza diventa un problema reale. Oltre a questo, introducono un problema completamente nuovo: l'impedenza di ingresso ora cambia con il volume e a livelli di volume inferiori può scendere abbastanza da causare problemi di bridging dell'impedenza anche con la sorgente! Per dirla senza mezzi termini, gli attenuatori shunt sono una soluzione in cerca di un problema e non sono adatti ai preamplificatori passivi.
Pro: solo due resistori nel percorso del segnale (anche se hanno un valore subottimale, il che annulla qualsiasi vantaggio).
Contro: Richiede un abbinamento di sistema estremamente accurato e cavi corti e a bassa capacità per contrastare l'elevata impedenza di uscita. Nessuna "connessione diretta" a tutto volume. Possono sorgere problemi di impedenza sia con la sorgente che con l'amplificatore.
Caratteristiche di impedenza: elevata impedenza di uscita con un'impedenza di ingresso potenzialmente bassa. L'opposto di ciò che desideriamo in un preamplificatore passivo.

Controlli del volume esotici

Relè

I controlli di volume a relè sono essenzialmente un attenuatore a scala, solo che invece di utilizzare un grosso interruttore rotativo, utilizzano una serie di relè per commutare tra i resistori. Se ben progettati, questi possono produrre risultati fantastici. Gli svantaggi sono che sono difficili da progettare bene, sono piuttosto costosi da realizzare con componenti di alta qualità e più relè si accendono e si spengono ogni volta che si regola il volume, il che può essere descritto solo come il rumore di un bambino che fruga in una scatola di Lego.

Trasformatori

I controlli di volume a trasformatore, o TVC, sono interessanti. Sulla carta sono peggiori dei potenziometri sotto molti aspetti, offrendo una maggiore distorsione e complesse caratteristiche di impedenza che variano con il livello del volume. I trasformatori di alta qualità non sono economici, e quelli di scarsa qualità possono avere prestazioni pessime. Sono l'equivalente, in termini di volume, dell'utilizzo di un computer quantistico per eseguire calcoli aritmetici di base. E hanno anche un certo aspetto . Detto questo, c'è qualcosa di divertente in un livello di ingegneria così assurdo, quindi se avete il budget e siete disposti a fare del lavoro per garantire la compatibilità del vostro sistema, possono essere un'alternativa interessante ai controlli di volume resistivi.

Conclusione

I preamplificatori passivi offrono un'esperienza d'ascolto unica e trasparente, ma solo se ben progettati e abbinati al resto del sistema. Noi di Tisbury Audio abbiamo dedicato anni a perfezionare il nostro mini preamplificatore passivo per evitare le tipiche insidie ​​e offrire prestazioni precise e trasparenti. Hai domande sulla compatibilità? Contattaci: saremo lieti di aiutarti.