Le valvole continuano a incontrare il favore degli esperti

3rd September 2018
Posted By : Enaie Azambuja
Le valvole continuano a incontrare il favore degli esperti

Nella storia delle innovazioni tecniche del settore elettronico, accade che alcuni componenti conservino rimangano validi più a lungo di quanto ognuno di noi possa immaginare. Per molti lettori, il 555 o il 741 potrebbero rappresentare due esempi lampanti: entrambi infatti vengono inclusi nei nuovi progetti e vengono studiati dagli allievi di scuole e università oltre 40 anni dopo il loro lancio sul mercato.

Di Mark Patrick, Mouser Electronics

Altri ancora possono scegliere come esempio il magnetron, tuttora impiegato nei forni a microonde commerciali e domestici 70 anni dopo la sua invenzione.

In realtà, il magnetron rientra in una categoria più ampia di prodotti noti come valvole termoioniche, dette anche “tubi” (in America il termine utilizzato è infatti “tubes”). Le valvole sono state relegate ad applicazioni di nicchia dopo che il transistor a semiconduttore ha preso il sopravvento. Se confrontate con i transistor, le valvole risultavano sovradimensionate, generavano troppo calore e necessitavano di più livelli di alimentazione ad alta tensione. Tuttavia, nonostante i numerosi e notevoli vantaggi legati all’uso dei semiconduttori, le valvole vengono a tutt’oggi impiegate in svariate applicazioni audio di alta fascia, come accade per gli amplificatori e i preamplificatori. Inoltre, andando contro ogni tipo di aspettativa, il numero di progetti audio basati su valvole è in costante crescita. Molti musicisti infatti ne richiedono l’installazione nei propri sistemi di amplificazione. 

Ciò che continua ad alimentare questo costante interesse per le valvole va ricercato anzitutto nel suono prodotto da un amplificatore a valvole: più caldo e più corposo. Inoltre, con un transistor è semplicemente impossibile riprodurre il suono con la stessa fedeltà di una valvola. Nel corso degli anni, nel tentativo di associare le evidenze scientifiche al mito, alcuni produttori di apparecchiature audio come Quad ed esperti del mondo della fisica hanno cercato di scoprire, con le loro analisi, i motivi che si celavano dietro a questa preferenza.

Da un punto di vista tecnico, le valvole utilizzate negli stadi finali di un amplificatore audio hanno indubbiamente dimostrato una resilienza elettrica maggiore rispetto ai transistor. Dinanzi a un cortocircuito o a un circuito aperto, le valvole tendono a essere protette dal trasformatore in uscita, mentre gli amplificatori a transistor ricorrono di norma alle bobine del diffusore per il carico. Qualora non vengano impiegati idonei dispositivi di protezione, i transistor possono andare facilmente incontro alla rottura. Inoltre, non vantano buone capacità di gestione con transitori ad alta tensione e temperature di esercizio elevate: queste possono infatti causare una dispersione termica e sovracorrenti. Il circuito di protezione è semplice e immediato da realizzare, tuttavia incrementa le spese della distinta materiali e richiede un ingombro maggiore.

Torniamo al motivo di base per cui i musicisti prediligono amplificatori a valvole. Fondamentalmente, sembra che con un amplificatore portato in overdrive (saturato), come fanno i chitarristi rock, il suono sia più caldo e più organico, così da innescare una serie di armoniche pari. Caratteristica degli amplificatori single-ended di classe A, tali armoniche non sono così diffuse negli schemi di amplificatori “push-pull” di classe AB e B, dotati di maggiore efficienza. In questo caso, il cross-over (il punto di commutazione da un dispositivo a un altro) crea distorsione e armoniche dispari. Le armoniche pari aggiungono “calore” al suono, mentre le armoniche dispari tendono al contrario a creare ruvidezza e dissonanza in uscita, con l’overdrive tanto amato dai chitarristi rock. Per comprendere più da vicino queste due forme di armoniche, analizziamo le differenze tra le varie classi di amplificatori.

Un amplificatore di classe A è sempre in conduzione e assorbe corrente anche quando non c'è segnale in ingresso: questo è il motivo alla base della sua scarsa efficienza energetica. La Figura 2 mostra proprio questo, con il segnale in ingresso polarizzato sul punto centrale ideale della curva operativa relativa alla valvola. Notare come il segnale in uscita non scenda mai a zero.

Un amplificatore valvolare di classe B funziona con il segnale in ingresso polarizzato al punto che la valvola quasi arresta la conduzione, creando un’uscita unicamente sulla parte positiva di un segnale in ingresso. Per questo motivo, è necessario creare una fase corrispondente di uscita per l’altra parte così da riprodurre con precisione il segnale in ingresso: ciò corrisponde alla parte negativa dell’onda sinusoidale illustrata in Figura 3.

Questa configurazione “push-pull” richiede pertanto due valvole. Eseguendo un confronto con la curva operativa di classe A, si noterà come l’amplificatore di classe B necessiti di un segnale in ingresso maggiore per poter raggiungere la stessa uscita, rendendo quindi l’overdrive più complesso. Nonostante sia efficiente sul piano energetico, tale approccio risente di un grosso svantaggio: esso consiste nella distorsione che viene introdotta nel punto di cross-over tra le due valvole (come mostrato in Figura 4). Per cercare di ridurre l’impatto associato alla distorsione di cross-over, l’amplificatore di classe AB utilizza una configurazione push-pull, ma gli ingressi sono polarizzati leggermente al di sopra della curva operativa per ciascuna valvola. Questo metodo consente di migliorare sensibilmente i livelli di efficienza rispetto a quelli di un amplificatore puro di classe A, e la distorsione di cross-over viene ridotta.

Per ottenere i suoni saturati ricercati dai chitarristi rock è necessario spingere verso l’alto il segnale in ingresso sulla curva operativa della valvola così da non generare più alcuna uscita, appiattendo i picchi in uscita oppure tagliando l’ingresso. Tutti i segnali in ingresso, da quelli medi fino a quelli più alti, vengono amplificati al massimo; il “clipping” (taglio) consente di creare un mix di armoniche in direzione dell’uscita.

Queste armoniche aggiunte e le distorsioni in overdrive non devono verificarsi negli stadi finali dell’amplificazione, ma possono essere generate all’interno del cosiddetto preamplificatore: questo approccio dà vita a un modello di amplificatore ibrido. Questo è composto di norma da un preamplificatore valvolare e da uno stadio finale a stato solido. Il calore del suono viene creato nello stadio del preamplificatore, mentre i dispositivi a stato solido, efficienti in termini di spazio, forniscono la pura potenza di amplificazione necessaria. Questo tipo di approccio ibrido si è ora diventato la tecnologia "de facto" pressoché nell'intero settore musicale: tutti i maggiori brand di amplificatori come Marshall, ORANGE e VOX includono una gamma di amplificatori ibridi.

Al momento, non si parla ancora di accantonare la buona vecchia valvola termoionica. In realtà, l’approccio ibrido ha stimolato alcuni produttori a reintrodurre o ampliare il proprio assortimento di amplificatori valvolari per chitarra, ricorrendo alle valvole sia nel preamplificatore che negli stadi finali. Un’ulteriore conferma arriva dalla disamina annuale di Music Radar sui migliori amplificatori per chitarra sotto le 1000 sterline (1300 dollari): la maggioranza degli amplificatori è sempre valvolare. Molti tra questi utilizzano il pentodo termoionico EL84 negli stadi finali e le valvole EL34 o ECC83 nel preamplificatore. Dato che la EL84 e la ECC83 sono state introdotte nel 1954, mentre la EL52 nel 1952, tutte hanno in ogni caso dimostrato un ciclo di durata superiore a quello menzionato in precedenza per i dispositivi a semiconduttore.

Una recente novità nel mondo degli amplificatori di alta fascia è legata all’emulazione di una valvola nell’aspetto fisico: in questo caso si tratta della veterana KT88, ricreata con la realizzazione di un amplificatore MOSFET al nitruro di gallio (GaN) da 200 W di potenza all’interno dell’involucro di vetro della valvola. Tutti i collegamenti del GaNTube sono realizzati nella presa base originale ottagonale della KT88 e i LED forniscono il tipico fascino delle valvole. Collocato in posizione centrale su di uno chassis minimalista, il GaNTube costituisce il punto focale dello snello ed elegante amplificatore Vivace Hi-End Monoblock. E no, non è possibile scambiare un GaNTube con una KT88.

Che si tratti di una configurazione completa, di un approccio ibrido o magari semplicemente di un dispositivo a semiconduttore che cerca di ricreare le stesse sensazioni di allora, ancora oggi la valvola detiene chiaramente una posizione di tutto rispetto nella tecnologia audio. E per convincersi ulteriormente che la popolarità delle valvole sta ritornando in auge, basta dare un’occhiata alle impostazioni musicali per l’equalizzatore sul proprio telefono: molto probabilmente ci sarà anche un’opzione di amplificazione a tubo (valvolare).


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