... le alimentazioni switching sono di serie B?

[Interference]

In questo thread raccogliamo qualche appunto sull'annosa questione delle alimentazioni a commutazione (switching) in ambito audio.

Come tutte le tecniche che in qualche modo permettono di ridurre i costi "vivi", le alimentazioni switching sono state storicamente avversate da una certa narrativa audiophile. Ma a ragione o a torto?

Nel campo degli strumenti di misura, dove non solo è necessario contenere al minimo rumore e emissioni spurie ma è anche necessario produrre molteplici tensioni stabilizzate (anche più di una decina) le alimentazioni switching sono standard da decenni (e, purtroppo, spesso causa della dipartita prematura di alcuni strumenti pregevoli).

Tuttavia il campo audio è un po' particolare.

Se la più avanzata microelettronica lavora su risoluzioni intermedie (8-12 bit) e ampie larghezze di banda (centinaia di MHz o decine di GHz), l'audio ad alta fedeltà comporta il trattamento di segnali in una banda molto limitata (qualche decina di kHz) ma ad una risoluzione che in tutti gli altri ambiti sarebbe considerata estrema (16-20 bit, teoricamente 24 ma i limiti dei circuiti analogici arrivano ben prima).

Insomma, il fatto che gli alimentatori switching vadano bene in diverse situazioni "delicate" non implica che sia una tecnologia traslabile immediatamente in ambito audio.

(segue...)

[Interference]

Ma è vero che le alimentazioni switching sono meno costose?

Per il mercato hobbistico, il costo delle alimentazioni switching va da qualche decina di euro (cercare alimentatori LLC su Aliexpress) ad alcune centinaia di euro. Una veloce occhiata agli alimentatori Hypex per amplificazioni in classe D rileva un prezzo al dettaglio di 150 euro circa per 600W e 240 euro circa per 1200W.

Non provo una ricerca analoga per l'alimentazione lineare. Un confronto non sarebbe nemmeno possibile perché, proprio nel campo dei lineari si è vista la rincorsa a componentistica di "boutique" con l'esplosione conseguente dei prezzi. Per riferimento, un toroidale da 600VA (Toroidy) costa intorno ai 120 euro, a cui va aggiunta rettificazione, capacità etc.

In una produzione industriale un'alimentazione lineare ha dei costi non abbattibili nemmeno con le economie di scala (il rame dei trasformatori) mentre quella switching, al di là del più elevato costo di ricerca e sviluppo, permette una struttura dei costi più efficiente. Ma queste sono considerazioni di massima, senza numeri alla mano.

Un'alimentazione lineare comporta maggior peso e dimensioni, che si traducono in costi maggiori di trasporto e stoccaggio. Questi costi sono un "overhead", o in altre parole sono costi accessori che certamente non vanno a beneficio della qualità del prodotto.

È ragionevole pensare che una tecnologia che permette di ridurre i costi accessori possa garantire maggiore qualità a parità di prezzo.

Nella realtà la relazione tra costo industriale, qualità e prezzo all'utente finale è estremamente variabile. Non vi è poi un metro univoco della qualità, quindi... considerazioni che lasciano un po' il tempo che trovano.

Ma l'alimentazione switching è intrinsecamente un compromesso in termini di qualità? (segue...)

[rollo]

bel tread, seguo con interesse.

[Maverik]

L'ho sottoscritto anch'io...

[Interference]

Ricordo: sono un appassionato e non un elettronico, quindi prendete tutto con spirito critico e non esitate a correggermi se sbaglio

La costruzione di un alimentatore lineare è tutto sommato semplice. Si tratta di una serie di stadi in cascata: trasformatore, rettificatore, capacità di livellamento. Le regole per il dimensionamento sono facili da ricercare.

Se l'alimentatore è stabilizzato serve qualcosa in più ma... è pur sempre una delle prime lezioni in ogni corso di elettronica amatoriale: "costruiamo un alimentatore da laboratorio".

Le cose sono delicate, al più, in due casi: alimentatori di potenza stabilizzati e alimentatori a bassissimo rumore.

Un esempio di alimentatore stabilizzato per uso audio (linea) si trova sul sito di Rod Elliott: https://sound-au.com/project05b.htm

Elliott ha ritenuto soddisfacente il classico LM317, ma esistono certamente regolatori serie con prestazioni migliori (LTxxxx).

Talvolta si usano regolatori shunt (in parallelo, vedasi https://www.diyaudio.com/archive/wiki/s ... ation.html).

Alimentatori con requisiti particolarmente stringenti, tipo gli HP/Agilent serie E36xx da laboratorio, adottano anche più sofisticati anelli di feedback a beneficio della stabilizzazione (si trovano i service manual, per i curiosi). Tuttavia sono limitati in potenza a circa una trentina di watt. Le serie successive da banco credo siano switching.

[rollo]

chiedo, ma se parliamo di lineari che differenza c'è tra stabilizzato e non stabilizzato
se io ho un in 230 v - out 12 v 5a se non è stabilizzato vuol dire che i 12v in uscita possono variare ?
se invece parliamo di switching, sono sempre stabilizzati ?

[Tropico]

In apparecchi a basso rumore, evitando grossi toroidi o comunque trasformatori a nucleo magnetico, c'è un bel vantaggio per le interferenze. Non vedo contro ad usare SMPS in elettroniche HiFi che assorbono poco ed in maniera costante.
La differenza è quando si prelevano grosse ed istantanee correnti dalla rete elettrica... quindi la partita secondo me si gioca solo sugli amplificatori, per il resto ha già vinto lo switching secondo me. Poi quando l'assorbimento è molto elevato o quasi istantaneo gli SMPS sparano fuori spurie in banda audio, il filtraggio del rumore degrada. Poi come sempre, non tutti gli switching sono uguali...
Un esempio: http://www.audiotecnico.it/riparazioni/ ... del302.htm

Io ho risolto a monte con le tonnellate di rame dei PSU induttivi di B.Aloia, ma a parte i nostalgici ed i fissati come me, come noi? credo che il futuro è tutto SMPS.

[Interference]

chiedo, ma se parliamo di lineari che differenza c'è tra stabilizzato e non stabilizzato
se io ho un in 230 v - out 12 v 5a se non è stabilizzato vuol dire che i 12v in uscita possono variare ?
se invece parliamo di switching, sono sempre stabilizzati ?

Il primo problema è il ripple. L'uscita del trasformatore, una volta rettificata, è una sequenza di semionde che vanno da zero a una tensione di picco. Le capacità di livellamento si caricano con ciascuna semionda e si scaricano con la corrente richiesta dal carico. La tensione ai capi del condensatore vale V = Q / C (carica diviso capacità): quando il condensatore fornisce corrente la sua carica diminuisce e quindi, in misura inversamente proporzionale alla capacità, si ha un calo di tensione.

Il "ripple" è l'effetto periodico di questo comportamento ed è tanto più marcato quanto più alta è la corrente richiesta, rispetto alla capacità di filtro. È facile da visualizzare:



Un alimentatore ideale dovrebbe mantenere la stessa tensione indipendentemente dal carico quindi si usano, quando serve, circuiti stabilizzati (regulated, in inglese). Con la stabilizzazione le conseguenze del ripple vengono abbattute.

La stabilizzazione richiede in un modo o nell'altro di dissipare la potenza data dalla tensione "in eccesso" rispetto a quella desiderata, quindi si usa in genere nelle alimentazioni per stadi di linea e non in quelle di potenza.

Va ricordato che i circuiti da alimentare possono esibire gradi diversi di PSRR (power supply rejection ratio). Il PSRR misura quanto l'uscita del circuito si mantiene indipendente ad una variazione della tensione di alimentazione.

Gli alimentatori switching sono intrinsecamente stabilizzati, ma questo non significa che lo siano tutti nella stessa misura (le prestazioni possono variare).

[Interference]

C'è un thread sul forum DIYAudio di oltre vent'anni fa con interessanti interventi di Bruno Putzeys (padre della moderna classe D in hi-fi prima in Philips, poi in Hypex e ora in Purifi).

Bruno identificava alcune criticità inerenti l'uso di SMPS "industriali" in ambito audio, sostenendo che benché le tecniche per progettare un SMPS idoneo fossero conosciute e comprese, le stesse fossero accessibili ad un ristretto numero di progettisti esperti.

Se progettare un alimentatore switching è un esercizio semplice per un elettronico, progettarne uno audio-grade appare tutt'altro che banale. All'epoca (2004), Putzeys sosteneva che fosse ancora preferibile usare alimentatori lineari.

I primi SMPS di Hypex sono stati commercializzati solamente qualche anno dopo, tra il 2008 e il 2009, per l'abbinamento con i loro amplificatori UcD.

Anche con l'introduzione di un'architettura in migliorata (nCORE), Hypex ha mantenuto l'abbinamento con alimentatori switching.

Purifi, i cui Eigentakt si possono considerare il riferimento attuale per la classe D in hi-fi, ha adottato gli alimentatori Hypex (ma sta lavorando ad un alimentatore proprio da qualche tempo).

In sintesi:
- non è scontato che un alimentatore switching "qualsiasi" sia idoneo ad uso audio;
- la commercializzazione di switching audio-grade è avvenuta in anni relativamente recenti;
- esistono oggi amplificazioni di riferimento che, di elezione, adottano alimentazioni a commutazione.

[Interference]

Ma gli alimentatori switching vanno bene anche per la classe AB?

Nei primi anni 2010, Benchmark Media (nota per DAC ed elettroniche di linea) ha proposto il proprio amplificatore di potenza AHB2.

L'amplificatore adotta un'architettura feedforward e si è distinto per le ineccepibili prestazioni elettriche in termini di elevato rapporto S/N e bassissima distorsione:
- https://www.stereophile.com/content/ben ... -amplifier
- https://www.audiosciencereview.com/foru ... nts.50844/

Per l'alimentazione, la scelta dei progettisti benchmark (capitanati da John Siau) è ricaduta su un alimentatore switching. Le motivazioni sono spiegate nel seguente articolo:
- https://benchmarkmedia.com/blogs/applic ... -are-noisy

In breve, l'alimentazione a commutazione permette di:
1. evitare disturbi alla frequenza di rete indotti per via magnetica dai grossi trasformatori delle alimentazioni lineari;
2. dotare lo stadio di potenza di un'amplificazione stabilizzata, con tutti i vantaggi del caso.


Con questo abbiamo mostrato che gli alimentatori switching non sono solamente una scelta possibile, ma sono una scelta d'elezione per amplificazioni di riferimento sia in classe AB che in classe D.