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Amplificatore Valvolare Cinese Reisong a10 - Valutazione costruttiva, misure e modifiche consigliate

Indice Argomento Corrente

1) Amplificatore originale

2) Circuito originale

3) Considerazioni sulla controreazione globale e la qualità generale

4) Distorsione

5) Modifica polarizzazione Amplificatore Valvolare Cinese Reisong a10

6) Misure sull'amplificatore Valvolare Cinese Reisong a10 dopo le modifiche

7) Considerazioni finali Valvolare Cinese Reisong a10 dopo le modifiche

8) Fase 2 : modifiche Valvolare Cinese Reisong a10 aggiunta controreazione

9) Considerazioni Finali Valvolare Cinese Reisong a10

10) Come lo riprogetterei

11) Note esplicative sull'alimentazione

Perché acquistare un amplificatore del genere? Qual'è il mio scopo? Vale la pena perderci tempo?
Negli ultimi tempo (anno 2022) questo tipo di amplificatori valvolari cinesi a basso costo hanno di fatto invaso il mercato, promettendo una buona qualità ad un costo modesto.
Cosa c'è di vero?
E' tutta immondizia per chi rimanendo ipnotizzato dalla bellezza delle valvole trascura il risultato finale che giunge alle orecchie?
Le recensioni positive sono frutto della mancanza di confronti con apparati migliori?
Oppure sono frutto dell'indole umana che impone a fronte di una fregatura di far buon viso?
Non posso dare una risposta per tutti gli apparati quindi ne ho scelto uno di costo intermedio che analizzerò in modo approfondito e modificherò (per mio godimento personale) dopo averne valutato pregio e difetti.

1 - Amplificatore originale (come è arrivato)

L'amplificatore mi è arrivato con le valvole smontate, la realizzazione è abbastanza curata per quello che riguarda il mobile, è assente la griglia di protezione delle valvole che viene venduta a parte (che comunque avrei tolto). E' presente una piccola e quasi invisibile ammaccatura su uno degli involucri di un trasformatore di uscita. Soprassediamo. Per il prezzo che l'ho pagato ci sta.
A questo punto inizia il test, prima occorre fare un minimo di rodaggio alle valvole, quindi:

• collego l'amplificatore alle casse (occorrono casse con una buona sensibilità perché la potenza dell'amplificatore è bassa), per il test utilizzo le casse più sensibili che ho, delle JBL LX 4 (89dB/1W@1m) che non sono propriamente adatte, ma ho queste. Occorrerebbero almeno delle casse con una sensibilità di 92-94dB/1W@1m per avere una pressione sonora sufficiente per un ascolto a volume medio-alto in un ambiente di 25mq come il mio.

• collego la fonte, un asus xonar (asus xonar essence one, un ottimo dac collegato ad un computer con brani test ad alta risoluzione).

• lascio funzionare il tutto per una decina di ore a riposo (senza segnale in ingresso). Si nota la quasi totale assenza di rumore di uscita.

• ascolto alcuni brani che conosco bene.

• l'amplificatore funziona bene, si nota una enfatizzazione della gamma bassa a scapito di quella alta.

• a questo punto è giunto il momento di smontare la parte inferiore del mobile e "vedere" il motore di questa macchina e fare un po' di valutazioni dell'elettronica che invariabilmente porteranno a delle modifiche.

Riassumendo, i dati di targa dell'amplificatore sono i seguenti:

Marca e modello	Reisong e altre 10 marche diverse, il prodotto è lo stesso, made in Cina ma viene rimarcato e venduto con più nomi. Esteticamente uguali hanno qualche piccola differenza a livello di schema in funzione della partita di produzione e, suppongo, della reperibilità dei componenti.
Tipologia dell'amplificatore	Amplificatore integrato stereo single ended con finali el34b (dichiarate Shuguang dal rivenditore ma prive di qualsiasi marcatura), pre/driver 6n2j e rettificatrice 5z4pj, con cablaggi in aria eseguiti a mano, privo di controreazione. La configurazione del pentodo el34b è ultralineare con presa intermedia sul trasformatore adattatore di impedenza.
Potenza dichiarata dal rivenditore	12W+12W (vedremo in seguito che si attesta più facilmente su 6+6W).
Distorsione	Non dichiarata, da prove eseguite 5% al 50% della potenza (3W). Questo relega l'amplificatore per quello che mi riguarda al limite della definizione Hi-Fi.
Segnale massimo in ingresso	750mV
Prezzo	440 Euro (14/07/2022)

Dati dichiarati dal produttore cinese:

Specifications:
Output Power: 6W * 2 (Ultra-linear).
Frequency response: 20Hz - 28KHz.
Output Impedance: 4,8Ω.
Total harmonic distortion: ≤ 1% (1kHz). (Questa è una balla colossale e non è neppure dichiara la potenza a cui è fatta la misura!!)
SNR: 88dB.
Voltage amplification: 6N2J × 2.
Power output tube: Dawn export EL34B × 2.
Rectifier tube: 5Z4PJ × 1.
Input sensitivity: 750MV.
Input impedance: 100KΩ (2 groups input)
Dimensions (W × D × H): 310 × 268 × 165mm.
Power Supply Voltage: AC 100V - 120V / 60Hz

Sotto, l'immagine termografica (termocam Fluke) dell'amplificatore in cui è evidenziata la temperatura massima (in °C), quella delle valvole finali EL34, e la temperatura minima, quella dell'ambiente di misura. La temperatura non è riferita al vetro della valvola ma al suo anodo interno. Il vetro utilizzato per sua natura permette il passaggio dei raggi infrarossi che poi vengono misurati.

Sotto: Foto dell'amplificatore acceso. Pregasi notare la pregevole fattura del mobile.

Nella foto sotto il cablaggio dell'amplificatore visibile dopo aver rimosso la copertura del fondo. Questo amplificatore è veramente semplice, ha pochi componenti. Il cablaggio poteva essere eseguito molto meglio con l'ausilio di fili rigidi per dare più ordine al tutto. Più avanti farò una trattazione più esauriente dell'argomento.

2 - Circuito originale

Prima di eseguire qualsiasi modifica ho disegnato il circuito originale partendo dal circuito in essere e rilevato le tensioni più significative.

Nello schema in alto si nota subito che la tensione sull'anodo delle due sezioni in parallelo della valvola 6n2j è di 219V, quindi troppo alta rispetto alla tensione di alimentazione per avere una buona elongazione del segnale in uscita, il condensatore in parallelo alla resistenza catodica da 2K elimina la reazione negativa e l'amplificazione è quella massima della valvola.

• La prima cosa che farò è rivedere la polarizzazione della sezione preamplificatrice/driver. La configurazione attuale del preamplificatore, composto da un singolo stadio non è il massimo, la valvola 6n2j viene spinta alla sua massima amplificazione introducendo una certa distorsione.

• Andando avanti, la tensione di polarizzazione della griglia della EL34B è 22,8V mentre la resistenza catodica è 500 Ohm, quindi la corrente che passa nella EL34 è Vk/Rk quindi 22,8/500=45,6mA. La potenza dissipata dalla valvola a vuoto è (Va-Vk) X Ia, quindi (317-22,8)x0,045=13,23W (Per semplificare non ho tenuto mai in considerazione la corrente che passa nella griglia schermo).
  L'EL34B lavora con una potenza bassa rispetto al suo massimo che è 25W, tenendo conto del rendimento di questo tipo di amplificatore, la massima potenza teorica che è possibile trasferire in uscita è il 50% di quella consumata a riposo, quindi 6,6W. In pratica quindi 5-6W.
  La seconda cosa che farò è rivedere la tensione di polarizzazione della griglia della EL34B per aumentare la corrente a riposo (o bias che dir si voglia). Questo avrà come effetto anche abbassare la resistenza di uscita dell'amplificatore.
  Poi ho notato che i condensatori elettrolitici non sono assiali, quindi esteticamente non sono il massimo, poi sono privi di condensatore di bypass per le alte frequenze, sia sull'alimentazione che sull'amplificatore vero e proprio.
  Inoltre i valori dei condensatori compatibilmente con lo spazio a disposizione potrebbero essere rimpiazzati con analoghi di valore maggiore, a parte quello collegato all'uscita della 5Z4PJ che deve avere necessariamente un valore massimo specifico per non innescare delle correnti di picco troppo elevate sul diodo a vuoto.
  Nota positiva: i condensatori in parallelo alle resistenze catodiche delle EL34B sono da 105°C, questo è un bene perché dette resistenze scaldano parecchio.

• Altra possibile modifica: mettere un interruttore per passare dalla configurazione ultralineare a quella a triodo per il pentodo EL34B.

• In realtà le possibili modifiche sono tante, non ultima introdurre una controreazione globale per migliorare il fattore di smorzamento e la distorsione totale.

3 - Considerazioni sulla controreazione globale e la qualità generale

La controreazione globale è tanto più necessaria quanto più la distorsione è alta e la banda passante presenta dei buchi o un andamento non lineare nel range delle frequenze udibili.
In altre parole, un amplificatore come questo, votato al risparmio, difficilmente si può permettere dei componenti di eccelsa qualità (nello specifico valvole finali e soprattutto trasformatori) che possono rendere inutile la controreazione. In altre parole, se costruisco un amplificatore ben progettato e utilizzo dei componenti di qualità questo avrà una bassa distorsione e una larga banda passante, quindi la controreazione globale è meno necessaria.
Probabilmente a questo livello sono più i benefici di una controreazione che non i difetti introdotti.

4 - Distorsione

Da misure effettuate da me (picoscope con generatore sinusoidale) la distorsione di questo amplificatore si attesta su un 6-7% alla metà della potenza (3W circa) e circa 3% al 30% della potenza massima (1,8W circa).

• Quindi la distorsione massima è "accettabile" fino al 50% della potenza ovvero 3W.
• Una cosa di cui occorre tener conto è che la distorsione armonica totale non è uguale su tutta la banda passante ma aumenta per le frequenze al di sotto dei 100Hz in modo notevole, frutto della scarsa qualità dei trasformatori adattatori di impedenza.
• La distorsione diminuendo la potenza in uscita non cala mai in modo drastico.
• Se avete delle casse molto efficienti e lavorate con potenze molto ridurre non avrete dei problemi.

Discorso a parte merita invece la diafonia, veramente bassa e il rumore a vuoto, veramente basso.
E' un amplificatore estremamente silenzioso.

5 - Fase 1: Modifica polarizzazione Amplificatore Valvolare Cinese Reisong a10

 

La modifica ha coinvolto la polarizzazione sia della valvola preamplificatrice / driver che della finale.

• Nel primo caso (valvola 6N2J) la modifica della resistenza catodica è stata fatta per ottenere un punto di lavoro che permetta una più alta elongazione del segnale in uscita senza incorrere nella distorsione dello stesso. La resistenza catodica della valvola 6N2J passa da 2KOhm a 830KOhm. La tensione di polarizzazione della griglia di controllo della stessa passa da 2,11V a 1,2V. La tensione anodica passa da 219V a 163V. Con una tensione di griglia di 1,2V va da se che il segnale in ingresso dovrà avere un valore di picco di 1,2V (per non rendere positiva la griglia ed innescare una corrente di griglia che porterebbe la distorsione alle stelle). E' stato anche tolto il condensatore di bypass sulla resistenza catodica introducendo una controreazione locale che limita l'amplificazione teorica del segnale a 90 Volte mentre il limite della valvola e 100 circa. E' un valore ancora troppo alto ed inutile.

• Per quello che riguarda la valvola finale di potenza (EL34B) la modifica della polarizzazione è volta ad aumentare la potenza in uscita aumentando la potenza dissipata dalla valvola. La resistenza catodica passa da 500 Ohm a 310 Ohm. La corrente che passa nel circuito anodico della valvola passa da 45,6mA a 18,9/310=60,9mA e la potenza dissipata dalla valvola diventa (297-18,5)*60.9=16,9W ((Vak-Vk)XIa). La potenza teorica massima in uscita arriva a 8-8,5W.

Come si nota dai valori di tensione riportati, la tensione in uscita dall'alimentatore è scesa per il maggior assorbimento di corrente, colpa l'alta resistenza serie dell'alimentatore e nella fattispecie del diodo a vuoto 5Z4PJ. Questo ci permette anche di calcolare la resistenza serie dell'alimentatore. Basta calcolare la differenza di tensione nel punto B1 prima e dopo la modifica, quindi 317-297=20V e calcolare la differenza di corrente prima e dopo la modifica, quindi (60,9x2)-(45,6x2)=121,8-91,2=30,6mA. Poi si calcola la resistenza totale serie ovvero 20/0,0306=653 Ohm.
A cosa serve tutto questo? Semplicemente a determinare il comportamento dell'alimentatore, per esempio per capire cosa succede se per caso accendiamo l'amplificatore togliendo le valvole finali dai loro zoccoli facendo lavorare a vuoto l'alimentatore.
In questo caso non è assolutamente da fare perché la tensione sui condensatori di livellamento salirebbe oltre la loro tensione massima.

6 - Misure sull'amplificatore Valvolare Cinese Reisong a10 dopo le modifiche

Quello che è incredibile è che la distorsione non cala mai oltre un certo livello anche riducendo la potenza in uscita. In altre parole il trasformatore adattatore di impedenza è una schifezza.
Nelle misure di seguito analizzeremo indipendentemente la parte preamplificatrice/driver in modo da capire dove si localizza la distorsione.
Le misure vengono eseguite nel seguente modo:

• L'amplificatore collegato ad un carico fittizio da 8 ohm viene lasciato scaldare per 30 minuti.
• Viene collegato l'oscilloscopio digitale con funzione di oscilloscopio, generatore di segnale e analizzatore di spettro.

Misure eseguite sull'uscita delle casse utilizzando un carico fittizio da 8 Ohm e una frequenza del segnale di 1KHz

Ingresso	Uscita	Distorsione armonica Totale %	Potenza Uscita su 8Ohm	Note
800mVpp	7,6Vrms	15,31%	7,22W	Potenza massima con distorsione molto alta
200mVpp	2,37Vrms	2,8%	0,7W
500mVpp	5,7Vrms	5,7%	4W

Misure eseguite all'uscita del preamplificatore/driver

Ingresso	Uscita	Distorsione armonica Totale %	Amplificazione (volte)
500mVpp	32,31Vpp	1,1%	64,62
600mVpp	38,62Vpp	1,4%	64,36

Impedenza di uscita misurata sull'amplificatore= 7,13Ohm (direi che l'adattamento di impedenza è buono).
L'impedenza di uscita è stata sicuramente influenzata dall'aumento della corrente a riposo della valvole EL34B che ne ha determinato una riduzione della resistenza anodica che si è riflessa sulla uscita abbassando leggermente l'impedenza.
Questo è un vantaggio quando si utilizzano casse acustiche a più vie che hanno notoriamente dei "buchi" di impedenza, ovvero degli abbassamenti di impedenza in relazione ad alcune frequenze introdotti principalmente dal filtro crossover.

Come si può vedere dalle misure la distorsione è principalmente a carico dello stadio finale di potenza, stadio sul quale le possibilità di intervento sono limitate per non dire nulle senza cambiare il trasformatore adattatore di impedenza.
L'Unico modo che andremo ad esplorare di seguito riguarda l'introduzione di una controreazione globale.

7 - Considerazioni finali Valvolare Cinese Reisong a10 dopo le modifiche Fase 1

Alla fine di questa fase abbiamo ridotto un po' la distorsione a aumentato leggermente la potenza di uscita, nulla di eccezionale come anche l'entità delle modifiche apportate.
Diciamo che ora è utilizzabile fino alla potenza di 4W per mantenere la distorsione accettabile.
Per incrementare ulteriormente la potenza in uscita occorrerebbe aumentare la tensione di alimentazione dello stadio finale per aumentare l'elongazione della tensione ai capi del trasformatore.
Siamo ben lontani dalle caratteristiche che potrebbero definire questo amplificatore ad alta fedeltà ma se il suono piace ci si può accontentare.
Con delle casse acustiche ad alta efficienza il problema della distorsione si riduce, fino ad un certo punto, utilizzando delle potenze di pilotaggio molto basse.

8 - Fase 2 : modifiche Valvolare Cinese Reisong a10 aggiunta controreazione

A questo punto in barba ai puristi aggiungerò la controreazione globale all'amplificatore.

E ora rifacciamo un po' di misure e vediamo cosa è successo. La scelta della resistenza di controreazione da 12KOhm è dettata da una serie di prove effettuate con vari valori verificando poi la distorsione armonica e l'amplificazione (che si riduce richiedendo un segnale di ingresso maggiore).

Ingresso	Uscita	Distorsione armonica Totale %	Potenza Uscita su 8Ohm	Note
1Vp	5,6Vrms	3,5%	3,92W
0,9Vp	5,08Vrms	3%	3,2W	Distorsione accettabile
0,8Vp	4,5Vrms	2,7%	2,5W

Banda Passante e Distorsione Armonica Totale (%) con Uscita a 5,6V a 1KHz

Frequenza	Tensione in uscita RMS	Distorsione armonica Totale %
20Hz	5V	20%
30Hz	5,4V	10,5%
40Hz	5,5V	7,2%
50Hz	5,5V	5,9%
60Hz	5,56V	5,28%
70Hz	5,57V	4,9%
80Hz	5,57V	4,67%
100Hz	5,59V	4,4%
200Hz	5,6V	4%
500Hz	5,6V	3,8%
1000Hz	5,6V	3,8%
5000Hz	5,53V	3,8%
10KHz	5,43V	3,8%
15KHz	5,17V	3,9%
20KHz		3,7%

Come vedete la distorsione si è abbassata di quasi il 50%.
All'ascolto l'amplificatore pare più bilanciato anche se permane una enfatizzazione dei toni bassi.
Comunque è migliorato molto.

Eseguendo delle misure sulla banda passante ho visto che è abbastanza lineare su tutta la gamma delle frequenze audio, piccolo neo l'amplificatore distorce in modo massivo sulla parte bassa della banda arrivando ad una distorsione armonica del 20% a 20Hz, 10% a 30Hz (uscita a 4W).
Questo è un sintomo di un trasformatore adattatore di impedenza realizzato male e la controreazione non riesce a linearizzarne il comportamento.
In pratica il trasformatore è poco più di un trasformatore di alimentazione, bel lontano dalle specifiche necessarie per un impianto Hi-Fi.
Il difetto all'ascolto non è molto evidente in quanto le casse non riproducono in genere tali frequenze, ne vengono utilizzate nella quasi totalità dei brani musicali.

9 - Considerazioni Finali Valvolare Cinese Reisong a10

Non si può trasformare un brutto anatroccolo in un cigno.
Si può migliorare ma non più di tanto.
Questo rimarrà un amplificatore di bell'aspetto che fa acqua da tutte le parti, se originale con un circuito mal polarizzato, se modificato va un po' meglio ma non è un amplificatore Hi-Fi.
E questo per colpa del progetto e dei trasformatori adattatori di impedenza.
Non vale neppure la pena cambiare le valvole magari spendendo di più che per l'amplificatore.
Per quello che costa godetevelo così com'è o mettete mano al portafogli e prendetene un altro migliore.

10 - Come lo riprogetterei

Questo schema sopra secondo me è come dovrebbe essere mantenendosi fra le modifiche facilmente implementabili senza dover modificare meccanicamente nulla.
I valori dei componenti non li ho calcolati in quanto non l'ho ancora realizzato.
In realtà modificherei anche le capacità di livellamento dell'alimentatore incrementandone la tensione massima a 450-500V e in alcuni casi anche la capacità.
Ma in ogni caso anche riducendo di un altro 1% la distorsione alla fine il problema principale, i trasformatori, non si cura ne si attenua.
Ne si possono cambiare, per il costo e per i piazzamenti che non andrebbero bene e rovinerebbero la cosa migliore di questo amplificatore, l'estetica.
Se volessimo proprio intestardirci a volerlo migliorare potremmo mettere un generatore di tensione regolabile per polarizzare la griglia delle EL34B con la possibilità di trovare il miglior punto di lavoro per limitare la distorsione e recuperare 1W in uscita (eliminando la resistenza catodica).
Potremmo provare a bypassare il diodo rettificatore con dei diodi al silicio, ma dovremmo mettere un ritardatore di tensione anodica o cambiare i condensatori di livellamento con altri da almeno 500V.
In questo modo potremmo recuperare altri 2W.

Come vedete le modifiche possibili sono molte, il discorso resta sempre lo stesso, ne vale la pena?

Sotto il circuito con tutte le modifiche apportate, compresi i condensatori di bypass in giallo e il circuito di controreazione isolato dalla guaina in plastica. Non sono presenti i condensatori di bassa capacità il parallelo a quelli di livellamento.
Mi sono mantenuto ad un livello di modifica facilmente implementabile da chiunque abbia un po' di dimestichezza con il saldatore.

11 - Note esplicative sull'alimentazione

In questo paragrafo vorrei rendere chiaro il processo di avvio dell'alimentazione e del ritardo della alimentazione anodica delle valvole (ad eccezione del diodo rettificatore a vuoto.

• Nell'istante zero l'amplificatore è spento.

• Appena lo accendiamo l'alimentatore alimenta tutti i catodi delle valvole che iniziano a scaldarsi.

• In un primo istante e per alcuni secondi la tensione anodica di tutte le valvole coinvolte nel percorso del segnale è zero compresa quella ai capi dei condensatori di livellamento.

• Il diodo rettificatore a vuoto inizia a condurre in funzione del tempo di riscaldamento del suo catodo e la tensione anodica ai capi dei condensatori di livellamento cresce.

• A questo punto tutte le valvole coinvolte nel percorso del segnale hanno il catodo caldo, quindi la tensione anodica viene applicata quando ormai le valvole sono in grado di condurre, quindi l'alimentatore non alimenta mai il circuito a vuoto.

• Quindi il diodo termoionico funge da ritardatore di tensione anodica.

• La linearità con cui questo processo viene portato a termine evita il bump delle casse e la sovratensione che avremmo sui condensatori di livellamento qualora le valvole non fossero in conduzione. Questo è il principale motivo per cui non si possono rimpiazzare i diodi termoionici con dei diodi al silicio, ne sfilare le valvole ad apparato acceso. La tensione anodica ai capi dei condensatori di livellamento salirebbe troppo. Infatti la grande resistenza serie dei diodi a vuoto e del trasformatore senza carico non avrebbe più alcun effetto e la tensione ai capi dei condensatori di livellamento salirebbe facilmente oltre la loro tensione massima provocandone la rottura.

• Se volessimo per forza utilizzare dei diodi semiconduttori dovremmo mettere un circuito ritardatore di anodica esterno che mima il delay introdotto dai diodi termoionici al fine di dare tempo ai catodi delle valvole di scaldarsi ed entrare in conduzione, oppure adottare dei condensatori di livellamento con delle specifiche di tensione massima adatte.