Amplificatore digitale stereo da 60W: differenze tra le versioni

In questa guida vengono illustrate la progettazione e la realizzazione di un '''amplificatore stereo''' (formato da due canali mono) con due ingressi, due uscite e un'alimentazione continua (DC) variabile 9-24V. Oltre a mostrare come realizzare effettivamente questo tipo di amplificatore, saranno presenti anche delle parti in cui si divagherà tra vari concetti del mondo audio ed elettronico, introducendo nozioni e formule che ho appreso nella fase realizzativa di questo amplificatore e che ho pensato fosse utile collettivizzare per avventurarsi al meglio in questo mondo e per poter sfruttare al meglio l'attrezzatura audio a nostra disposizione. Speriamo che questa seconda parte possa stimolare l'interesse ed essere d'aiuto a chi si avventura per la prima volta dentro questo mondo; chi invece è già a conoscenza di queste nozioni può saltarle tranquillamente.

* Potenziometro logaritmico 10kΩ x2

* Cavo per applicazioni audio 2 x 1.5mm (2 anime di rame per 1.5mm^2)

In generale, sia $P_\text{amplificatore}$ la potenza erogata dall'amplificatore, si ottiene, in aggiunta al SPL della cassa, un'amplificazione in $dB$ pari a:

3 \times log_2(P_\text{amplificatore})

Perché questo ci interessa? Perché questo dato ci dà una misura "dell'efficienza" dello speaker, ossia di quanto suono riesce a produrre a parità di amplificazione in ingresso.  Di conseguenza, avendo a disposizione speaker più performanti riusciremo ad ottenere risultati soddisfacenti anche usando piccoli amplificatori come il TPA3118.

In un circuito, misure elettriche come il voltaggio ''V'', la corrente ''I'' e la resistenza ''R'' sono legate dalla seguente relazione:

V = R \times I

da cui ne consegue, rispetto alla corrente:

I = \frac{V}{R}

La potenza elettrica viene invece definita come prodotto tra il voltaggio e la corrente, ossia:

P = V \times I

Sostituendo al termine di corrente di quest'ultima equazione l'equazione precedente, è possibile ottenere:

P = \frac{V^2}{R}

Questo vuol dire che, andando ad usare speaker con un'impedenza maggiore, avremo una diminuzione della potenza erogata dall'amplificatore, quindi una minore pressione sonora massima.

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==== Diagramma concettuale ====

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Si tratta di un [chip amplificatore](https://www.ti.com/product/TPA3118D2) di classe D che mi è capitato di incontrare varie volte online. Cliccando sul link precedente è possibile andare a guardare il datasheet contenente tutte le informazioni tecniche, fino allo sfinimento. Gli amplificatori in classe D si caratterizzano per l'alta efficienza energetica, e per questo motivo sono spesso identificati come l'opzione migliore per sistemi portatili.

Per i collegamenti tra ingressi del segnale audio, potenziometri e ingresso del suono sull'amplificatore è possibile utilizzare cavi non troppo spessi, considerando che qui il suono non è ancora amplificato e i segnali sono tipicamente più deboli. Tuttavia, non sono riuscito a trovare chiari riferimenti per il dimensionamento dei cavi, considerando anche che entrano in gioco una ampia varietà di fattori come lunghezza del collegamento ed eventuali interferenze elettromagnetiche.  

 

Tuttavia, un valore consigliato per questo genere di collegamenti pare aggirarsi sui **26 American Wire Gauge (AWG)**, o una **sezione del cavo** di $0.13mm^2$. 

 

In alternativa, è possibile utilizzare (ed io l'ho fatto per questo amplificatore) i cavi di rame contenuti all'interno di un cavo **Ethernet Cat5**, come quelli mostrati in figura. Questi cavi, cercando su internet, hanno un diametro di 24 AWG ( o $0.205mm^2$), presentandosi quindi come sovradimensionati e quindi migliori.

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L'idea nasce dall'aver scoperto che nel mondo audio è contemplata la possibilità, tramite cavi chiamati snake, di far passare il segnale audio di 4 cavi dentro un solo cavo Ethernet (che, come si vede sopra in figura, presenta all'interno della sua guaina proprio 4 coppie di cavi). Mi sembrava quindi interessante esplorare questa possibilità di riuso dei cavi Ethernet, che nei miei ambienti (ufficio, università) ho sempre visto disponibili in abbondanza e spesso buttati a pacchi.

È possibile usare qualsiasi contenitore. Per l'amplificatore mostrato all'inizio è stata usato un **contenitore per circuiti elettronici**; una valida alternativa sono le **scatole di derivazione elettriche**, che si presentano economiche, rigide e apribili tramite viti.  

 

Due considerazioni in merito al contenitore:

* Questo semplice amplificatore è effettivamente capace di pilotare dignitosamente degli speaker, offrendo una soluzione abbastanza economica e personalizzabile. Abituatx a sentire di amplificatori da centinaia di Watt di potenza, si potrebbe pensare che non sia adatto a situazioni reali più "spinte"; tuttavia, come discusso anche precedentemente, [un Watt di potenza è capace di "fare" molto più suono di quanto si pensi](https://youtu.be/vaiEDYB5c9M).

* Da persona che ha militato all'interno dei collettivi, ho spesso avvertito una necessità per presidi e cortei: il bisogno di soluzioni audio che avessero una certa autonomia, e che potessero essere usate in tranquillità in scenari di possibile repressione. Per questo motivo, la progettazione dell'amplificatore prevede la possibilità di essere alimentato a corrente continua, possibilmente da una o più batterie, a voltaggi variabili. Questo permetterebbe di poter amplificare delle casse utilizzando anche delle normali batterie alcaline da $9V$ (che si possono trovare a pochi euro nei negozi), fino a batterie al piombo da $12V$ (un po' più costose, ma comunque sull'ordine della ventina di euro), e altre soluzioni (anche ricaricabili). Niente impedisce, per una spesa nell'ordine della decina di euro, di comprare un tot di batterie alcaline in negozio, avendo quindi quanta autonomia energetica si vuole. Allo stesso modo, penso che il costo irrisorio dei componenti renda anche molto più pronx ad utilizzarlo all'esterno, dove persista condizione di possibili sequestri. Vorrei aggiungere, infine, che giustamente stiamo parlando dell'amplificatore, che è solamente una parte di un sound system: e le casse? Ho conosciuto negli anni compagnx che hanno applicato ragionamenti analoghi nella costruzione di speaker; ad esempio, usando coni relativamente economici, legno meno costoso (come l'OSB), oppure facendo determinate scelte di design (come rendere i coni facilmente e immediatamente smontabili). Su questo, se qualcunx avesse voglia di avere una discussione o collaborare per continuare a sviluppare documentazione open-source in questo senso, possiamo sentirci.