Fin da quando ero giovane, allora grande smanettone del volume, sentivo la necessità di sapere quanta potenza usavo, e da allora ho costruito una infinità di indicatori di potenza, a lancetta, a barra di led, con forme spesso stravaganti e variopinte e chi più ne ha più ne metta.

Tuttavia avevano in comune tutti la stessa caratteristica: non indicavano assolutamente nulla.

Cosi ogni volta dopo l’entusiasmo iniziale arrivava la noia e lo sconforto.

L’esperienza mi ha insegnato che uno strumento sobrio ed efficace è sempre il meglio che si può avere, ho cosi intrapreso una strada diversa fatta di indicatori più funzionali e questa ne è l’ultima versione e forse quella definitiva.

Pero chissà…….

 

 

Il segnale elettrico in uscita dall’amplificatore viene convertito in una tensione continua in modo da poter essere manipolata a piacere.

A questo punto si scelgono due modalità: si integra la forma d’onda e si visualizza la relativa potenza, oppure si cattura in tempo reale il picco di tensione piu elevato e si elabora come fosse parte di una ipotetica onda sinusoidale visualizzandone la relativa potenza ( (V/1.41)^2/8 ) leggendo così i picchi di potenza piu elevati.

Non è la realtà assoluta in quanto un segnale musicale è estremamente vario, talvolta simile ad un’onda triangolare, talvolta simile ad un’onda quadra, tuttavia a mio giudizio il metodo sopra descritto è quanto di più simile alla realtà.

Se qualcuno la pensa diversamente si potrà tarare il wattmetro in modo diverso (in fase di progetto ho implementato anche questo!).

La precisione è valida per un utilizzo su banco di misura, tuttavia l’arnese è nato per trovare posto al fianco di due calde 300B, regolando a piacere il tempo di risposta degli indicatori, allontanando un poco il patema da clipping.

Finalmente sapremo quanto stiamo realmente spremendo il nostro triodo SE.

L’apparecchio non è per nulla invasivo nella catena audio, in modo da preservare al massimo la qualità del suono.

L’alimentazione a batteria permette eventualmente di scollegarlo dalla rete elettrica nel caso restasse ancora qualche dubbio di interferenza con l’impianto.

 

 

 

 

L’apparecchio è alimentato in modo permanente da batterie al piombo in modo da poter essere utilizzato in ogni luogo senza l’ausilio di alimentazione esterna, tuttavia se in uso, si consiglia di lasciarlo permanentemente allacciato alla rete elettrica in modo da avere le batterie sempre cariche.

Se non si utilizza per molto tempo conviene comunque allacciarlo una volta al mese per almeno 24 ore onde evitare che le batterie si danneggino a causa di una profonda autoscarica.

L’interruttore posto nel pannello posteriore permette l’accensione e lo spegnimento della ricarica senza bisogno di sfilare la spina.

 

 

 

Nel pannello posteriore sono presenti quattro boccole contrassegnate a coppie da un + (ingresso di fase positiva), e da un – (ingresso di fase negativa o massa), inoltre contrassegnate da una R (canale destro), e da una L (canale sinistro).

Le boccole accettano indifferentemente spine a banana da 4 mm, spine a forcella da 5 o 6 mm, filo nudo da 2 mm.

Collegare all’uscita dell’amplificatore oppure alle casse acustiche controllando attentamente la fase dei cavi, rispettando il verso dei due canali.

ATTENZIONE: se avete un amplificatore a ponte il terminale – o nero non corrisponde alla massa fisica a potenziale zero, ma è una fase di potenza al pari del + .

In questo caso i terminali neri del wattmetro andranno collegati alla massa fisica dell’amplificatore (al telaio), e i rossi con i rossi dell’amplificatore.

La potenza indicata sarà esattamente un quarto della potenza realmente erogata.

In alternativa è possibile collegare il wattmetro in modalità normale ma ad un solo canale dell’amplificatore leggendo direttamente la potenza erogata.

In caso di errato collegamento non si avranno danni all’amplificatore, ma il wattmetro indicherà valori falsati e potrebbe avere danni allo stadio di ingresso ma con potenze in misura molto elevate.

 

 

Attivare l’interruttore a levetta nel pannello frontale in posizione ON.

La spia verde sopra di esso indica lo stato.

Nel caso la spia non si accendesse, significa che le batterie sono scariche.

Accertarsi che la spina sia inserita e l’interruttore posteriore in posizione ON.

Se la spia rimane spenta probabilmente è bruciato il fusibile di alimentazione.

Sostituirlo con uno di pari valore quindi riprovare.

Nel caso il problema persista, l’apparecchio deve essere controllato ed eventualmente riparato al più presto per evitare che una lunga scarica delle batterie ne comprometta la durata.

 

Il selettore contrassegnato da una "W" permette di selezionare le varie portate del wattmetro.

Le portate sono 4: 1-10-100-1000 watt fondo scala più due posizioni OFF che permettono la disgiunzione fisica dei terminali di ingresso.

La potenza indicata è sempre riferita ad un carico resistivo di 8 ohm.

Se il carico dell’amplificatore ha valore diverso la lettura andrà corretta con la seguente formula: Watt indicati x (8 / carico reale).

 

Casse utilizzate da 4 ohm, watt indicati 23.

23 x (8 / 4) = 46  W  uguale a   23 x (2) = 46 W.

Conviene mantenere in posizione OFF il commutatore di portata quando è collegato all’impianto ma non viene utilizzato, in modo da non caricare inutilmente lo stadio di ingresso del wattmetro stesso.

Selezionare opportunamente la portata passando ad un livello superiore se gli indicatori superano il valore di fondo scala oppure se si accende la spia rossa "OVER", viceversa passare ad un livello inferiore se gli indicatori lovorano in prossimità dello zero in modo da leggere con una risoluzione maggiore.

La permanenza per brevi periodi oltre il fondo scala non porta tuttavia danni allo strumento.

 

dietro

 

 

Il selettore contrassegnato da "MODE" permette di selezionare il tipo di misura elettrica che si intende effettuare.

In modalità "Wp" viene indicata la potenza efficace relativa ai picchi più elevati.

In modalità "Wrms" viene indicata la reale potenza continua erogata, indipendentemente dalla forma d’onda relativa.

In modalità "MASSA" viene immediatamente resettato lo strumento e gli indicatori portati a zero.

Utilizzare questa modalità nel passaggio immediato ad una portata inferiore o superire per non dovere attendere i normali tempi di discesa degli strumenti.

In un programma musicale la differenza fra potenza continua e potenza di picco è normalmente in rapporto 1 a 5 per generi pop, rok, ecc. talvolta la differenza è largamente maggiore specialmente con musica classica ad esempio in un passaggio da un assolo ad un pieno orchestrale.

Queste differenze che possono fare insorgere qualche dubbio sul funzionemento del wattmetro sono in realtà assolutamente regolari.

 

Il selettore contrassegnato "TIME" permette di scegliere il tempo di risposta degli indicatori.

Le portate sono 6: 0,5-1-2-5-10-20 espresse in secondi.

In modalità "Wrms" indicano il tempo di integrazione del segnale elettrico.

In modalità "Wp" indicano il tempo di discesa dello strumento di 6dB ovvero ad un quarto della potenza.

Selezionare il tempo piu rapido ( 0,5 s) per misure al banco, mentre per un uso "musicale" scegliere il tempo in modo da effettuare una agevole lettura degli strumenti o in base ai propri gusti personali.

 

Questo indicatore si accende quando lo stadio di ingresso è prossimo alla saturazione e quindi il valore indicato non è corretto.

Non si accenderà mai in modalità "Wp" o comunque con gli indicatori già ampiamente fuori scala.

In modalità "Wrms" è invece frequente l’accensione data la grande disparità fra la potenza continua (quella indicata) e quella dei picchi (comunque campionati dallo strumento).

In caso di accensione della spia passare ad una portata superiore dello strumento tenendo conto che una leggera accensione non comporta comunque un errore apprezzabile dei valori indicati.

 

Selettore differenziale

Il selettore a levetta contrassegnato con "DUAL e DIFF" permette di verificare il bilanciamento dei due canali.

In modalità "DUAL" gli strumenti indicano la potenza relativa ad ogni canale in modo indipendente.

In modalità "DIFF" viene indicato lo sbilanciamento di potenza fra i canali.

Lo strumento con potenza inferiore scenderà sotto lo zero, mentre lo strumento con potenza maggiore indicherà la differenza relativa al canale con maggiore potenza.

Questa funzione risulta utile per controllare il bilanciamento dei potenziometri di volume e in amplificatori con controlli separati per regolere al meglio i due potenziometri.

Per questa funzione è consiglata la modalità "Wrms" a 5 secondi che offre un buon compromesso fra tempi di risposta e precisione.

La modalità "Wp" non è consigliata in quanto la natura stereofonica del segnale porta ad improvvisi e temporanei cambiamenti di livello tra i canali quindi difficilmente valutabili.

 

la vista dentro

 

 

Gli amplificatori dotati di trasformatore di uscita, ovvero quasi tutti i valvolari (sono esclusi gli OTL) e anche qualche stato solido (ad esempio McINTOSH) non devono mai funzionare senza un adeguato carico sulle uscite poiché in questa condizione gli stadi di amplificazione arrivano ben presto in regime di saturazione generando quindi sul trasformatore un onda quadrata con tensioni in gioco estremamente elevate, che non potendo fluire sul carico, si scaricano per riflessione sui cirquiti finali e indirettamente su tutto l’amplificatore.

Questa condizione è verificabile ad orecchio, perché l’amplificatore produce degli schiocchi d’alta tensione simili ad un accenditore per il fornello di casa.

Normalmente la scarica avviene fra le lamine delle valvole di potenza ma non è detto che qualche condensatore o i trasformatori stessi ne vengano compromessi.

Questo apparecchio NON è un carico adeguato per l’amplificatore quindi non si può utilizzare come tale.

 

Specifiche tecniche

 

Potenza massima misurabile       1000 W

Risoluzione massima                  0,01 W

Tensione massima di ingresso     150 Veff

Impedenza di ingresso                 > 50 Kohm

Base dei tempi di misura             0,5 – 20 s

Precisione dopo taratura              2 %

Frequenza operativa                    DC – 100 kHz

Autonomia con batteria                5 GG

Tempo di ricarica                         24 H

Tensione di alimentazione            220 Vac +/- 10 %

Consumo                                    5 W

Dimensioni                                  340 x 150 x 240 mm

Peso                                          4600 g

 

 

Il principio che ho utilizzato in questo schema prevede solo il minimo indispensabile per un corretto funzionamento, implementando a dovere solo cio che realmente serve ed eliminando tutto ciò che è marginale o ininfluente

Partendo dagli ingressi toviamo un commutatore che seleziona il partitore resistivo per le varie portate,uniformando la tensione di entrata con quella di lavoro dello stadio raddrizzatore ( 1,41 V ).

Gli alti valori resistivi si rendono necessari per evitare che una errata commutazione di gamma porti alla "cottura" di un partitore ( es. misura di 1000 W in portata 1 W fondo scala).

Inoltre rendono ininfluente la corrente assorbita dall’amplificatore (pochi microamper).

In virtù dell’alta impedenza di ingresso è anche possibile utilizzare il wattmetro per rilevare la tensione di uscita di altre elettroniche quali ad esempio CD e preamplificatori applicando la formula inversa V = SQR( W x 8 ).

Gli ingressi negativi sono accoppiati a massa tramite resistenze da 100 ohm il che consente di mantenere la separazione delle masse anche nell’uso di amplificatori mono evitando eventuali loop di corrente.

La stessa massa elettrica del circuito l’ho mantenuta isolata dal telaio sempre per lo stesso motivo, evitando così che l’eventuale contatto del mobile con altre elettroniche generi ritorni di corrente indesiderati.

Al mobile è collegata solo la "terra" di alimentazione per ovvi motivi di sicurezza elettrica.

Queste due resistenze andranno collegate in modo da poter essere facilmente sostituite perché avranno anche funzione di "fusibile" in caso di errati collegamenti con l’amplificatore.

Seguono due zener per limitare eventuali sovratensioni al circuito.

Lo stadio successivo prevede il raddizzatore basato su due operazionali con diodi sulla rete di reazione per le consuete compensazioni di tensione dei diodi stessi.

IC1/b configurato come invertitore rende disponibile in forma positiva la semionda negativa.

Teoricamente nella rete di reazione sarebbe sufficiente un solo diodo, ma in questo modo l'operazionale lavora in regime di semi commutazione disturbando gli stadi successivi.

Questi operazionali lavorano come elementi stressati in quanto provvedono alla carica istantanea dei condensatori di campionamento con picchi di corrente ampiamente superiori al loro valore di targa.

Tuttavia nella mia lunga esperienza non mi è mai capitato di doverne sostituire alcuno ma preferisco comunque montarli su zoccolo perché non si sa mai……

Non è prevista nessuna compensazione di offet sugi operazionali, ininfluente con guadagni base a questi livelli.

Avanzando troviamo uno zener e un led con funzione di indicatore di tensione massima d’uscita degli operazionali e quindi di saturazione imminente.

Troviamo poi il banco di condensatori con funzione di integrazione d’onda o di carica di picco in base a come è disposto il commutatore di modalità.

Questi condensatori devono essere selezionati a coppie per avere lo stesso tempo di risposta dei due canali.

I condensatori elettrolitici hanno normalmente tolleranze +/- 20%, potremmo avere quindi capacità notevolmente diverse se scelti a caso nel mucchio.

Non importa che un 100 micro sia realmente 100, va benissimo anche se è 97 o 116 purchè i due condensatori abbiano capacità identica.

L’operazionale IC2 adatta l’alta resistenza di scarica dei condensatori alla piu bassa resisrenza dei milliamperometri e al tempo stesso porta la tensione di uscita a 8 V.

Questa tecnica serve a dare protezione assoluta agli strumenti ( componenti piuttosto costosi e delicati ).

In caso di saturazione, evento piuttosto frequente specialmente nelle portate 1 e 10 W, ma anche per una eventuale "fumata" degli integrati,la tensione massima che avremo in uscita sarà quella di alimentazione, quindi 12 V, solo il 50 % in più della tensione di lavoro.

Gli strumenti che utilizzo sono dei voltmetri industriali da 96 mm 100 Vdc classe 1,5 % a cui ho eliminato la rete resistiva interna.

La scala graduata l’ho tracciata con l’ausilio del CAD qindi stampata su carta e successivamente incollata al pannello originale.

Lo stadio di alimantazione è quanto di più essenziale si può immaginare.

Ad una prima analisi, il trasformatore da 9 V può sembrare inadeguato per la ricarica delle batterie, ed in effetti è così, almeno in teoria.

In realtà in un sistema dove l’assorbimento di corrente è molto basso, come in questo caso, ed è prevista una ricarica permanente delle batterie, e quindi con tutto il tempo per poterla fare, il trasformatore in oggetto è ideale.

La tensione di carica viene mantenuta a 13,5 V , valore corretto e conservativo per le batterie, senza stressanti picchi di corrente sul ponte di carica ( alias nessun disturbo all’eletronica alimentata e alle elettroniche vicine ), e nel caso le batterie fossero completamente scariche ha uno swing di corrente sufficiente a rendere immediatamente disponibile l’apparecchio, il tutto senza nessun sistema di regolazione!

Il ripple sull’alimentazione è di pochi millivolt e le batterie sono sufficienti per circa 5 giorni di accensione, così se si dimentica il wattmetro acceso senza alimentazione non si ritrova il giorno dopo già scarico.

L’assorbimento dell’intero sistema è di 17 mA di cui 5 li assorbe il solo led di accensione.

 

lo schema

 

 

 

Ad apparato finito si regoleranno i trimmer per una lettura corretta nel seguente modo:

Predisporre l’apparato in modalità Wrms, Time 0,5 scondi, W 1 f.s., DUAL

Collegare un voltmetro DC tra i test point di uscita e massa elettrica

Applicare ad entrambi ingressi una tensione sinusoidale a bassa distorsione di 2,83 V

Regolare i trimmer VR1 di entrambi i canali in modo da leggere sul voltmetro 8 V

Regolare i trimmer VR6 degli strumenti per portare gli stessi esattamente a fondo scala (1 watt)

Commutare in modalità "Wp" e regolare i trimmer VR5 sempre per un watt fondo scala

Verificare che commutando in modalità "DIFF" gli indici si portino esattamente sullo zero,

in caso contrario uno dei due canali non è perfettamente tarato, ripetere la taratura.

A questo punto tutti questi trimmer NON dovranno piu essere ritoccati.

Ripristinare la modalità "Wrms" e tarare gli altri trimmer secondo la tabella seguente:

10 W      8,94 V in ingresso     tarare VR2

100 W    28,28 V in ingresso    tarare VR3

1000 W  89,44 V in ingresso    tarare VR4

Ogni volta controllare l’uniformità dei due canali commutando temporaneamente in "DIFF".

La taratura è terminata e il wattmetro è pronto per essere utilizzato.

Per consigli e chiarimenti mi potete contattare alla casella pclaudio@micso.net e con un po’ di pazienza troverò il tempo di rispondere a tutte le vostre richieste.

Un ringraziamento è di dovere agli amici della Italcom Elettronica di Fidenza per la disponibilità, i consigli sempre professionali, e la fornitura di materiale.

 

Costo del progetto

 

Premesso che non posso stilare una lista dettagliata per ogni singolo componente in quanto li ho aqquistati in piccoli lotti successivi, i costi sono i seguenti:

2 voltmetri industriali standard 96 mm 100V fondo scala           euro 76

commutatori, interruttori, manopole, boccole serrafilo, ecc.              35

trasformatore, particolari di alimentazione, ecc.                               25

componenti elettronici, piastra millefori e minuterie relative               30

2 batterie sigillate al piombo 12V 1,3Ah                                          25

mobile metallico L 340 x H 120 x P 240 mm                                   40

 

totale progetto                                                                      euro 231