Amplificatori in Classe D: cosa è cambiato davvero (secondo Putzeys)

[appecundria]

Per molti appassionati la Classe D porta ancora con sé una reputazione costruita venti o trent’anni fa: grande efficienza e molta potenza, ma una qualità sonora inferiore alle migliori realizzazioni in Classe A o AB. Il problema è che sotto la stessa etichetta sono passate architetture molto diverse. Le prime generazioni avevano limiti reali; quelle moderne affrontano gli stessi problemi con circuiti e sistemi di controllo molto più evoluti.

Bruno Putzeys, progettista di UcD, Ncore ed Eigentakt, ha ricostruito questa evoluzione in un lungo articolo pubblicato da Secrets of Home Theater and High Fidelity. Alcune delle sue conclusioni sono particolarmente interessanti perché mettono in discussione diversi luoghi comuni ancora diffusi nell’Hi-Fi.

 

Classe D non significa digitale

La lettera D non indica digital: arriva semplicemente dopo A, B e C. Un finale in Classe D è un amplificatore a commutazione. I dispositivi di potenza lavorano rapidamente fra stati di conduzione e interdizione; all’uscita un filtro elimina la componente di switching e restituisce al diffusore un segnale analogico.

L’ingresso può essere analogico o digitale. La presenza di una forma d’onda impulsiva interna non trasforma automaticamente l’amplificatore in un dispositivo digitale.

È un equivoco ancora sorprendentemente comune.

 

Perché i primi Classe D avevano dei limiti

Le implementazioni più semplici soffrivano soprattutto di quattro problemi: errori nei tempi di commutazione, sensibilità alle variazioni dell’alimentazione, dipendenza della risposta dal carico e non linearità del filtro di uscita. Quest’ultimo punto era particolarmente evidente: collegando diffusori con impedenze diverse, la risposta alle alte frequenze poteva cambiare.

Anche l’induttore del filtro poteva introdurre distorsione. Nella lettura di Putzeys, l’isteresi del nucleo magnetico è una delle possibili cause della ruvidità o granulosità attribuita ad alcune vecchie realizzazioni. La cattiva fama della Classe D, quindi, non nasceva dal nulla. Ma riguardava specifici limiti circuitali, non una presunta inferiorità intrinseca della topologia.

 

Il salto vero: il controllo

Secondo Putzeys, il grande progresso della Classe D moderna è arrivato soprattutto dal feedback. Il punto non è semplicemente usare “molta controreazione”, ma progettare l’intero amplificatore in modo che il loop corregga anche gli errori dello stadio di potenza e del filtro di uscita. Da questa impostazione nascono architetture come UcD, poi Ncore ed Eigentakt.

In un sistema auto-oscillante il filtro LC e lo stadio di commutazione entrano direttamente nel comportamento del loop. Il risultato è una minore impedenza d’uscita, una risposta meno dipendente dal carico e una forte riduzione di diverse sorgenti di distorsione. Questa è la tesi centrale di Putzeys: il progresso degli ultimi vent’anni deriva più dal controllo dell’intero amplificatore che dalla semplice disponibilità di transistor più veloci.

 

Feedback: davvero un male?

Nell’Hi-Fi la controreazione negativa ha avuto per anni una pessima reputazione. Slogan come zero feedback o minimal feedback sono diventati quasi sinonimo di purezza circuitale.

Le migliori realizzazioni moderne in Classe D mostrano però che un elevato loop gain può convivere con prestazioni molto elevate. La questione importante non è quindi quanta controreazione venga utilizzata, ma come sia progettato il circuito e quanto rimanga stabile, lineare e prevedibile con carichi reali.

Un cattivo progetto non diventa buono grazie al feedback. Un progetto pensato fin dall’inizio attorno al feedback può invece correggere errori che altrimenti arriverebbero direttamente ai morsetti del diffusore.

 

Misure: il numero più piccolo non basta

Anche qui il discorso di Putzeys è interessante. Una THD molto bassa a 1 kHz dice poco se non sappiamo cosa succede ad altre frequenze, ad altre potenze e con carichi differenti.

La Classe D impone inoltre compromessi fra frequenza di switching, perdite e banda utile. Per questo acquistano valore anche misure di intermodulazione e test alle alte frequenze audio, dove alcuni limiti emergono più chiaramente. Un amplificatore può quindi mostrare un dato spettacolare in una singola condizione e risultare meno convincente altrove.

La misura utile è quella che mette il circuito in difficoltà, non quella che produce il numero più bello in brochure.

 

E il GaN?

Negli ultimi anni il nitruro di gallio è diventato uno dei grandi argomenti commerciali della Classe D. I GaN FET possono realmente commutare più rapidamente dei MOSFET al silicio e diventano molto interessanti salendo con tensione e potenza. Secondo Putzeys, però, alle potenze tipiche dell’Hi-Fi domestica il vantaggio è meno rivoluzionario di quanto faccia pensare il marketing. Nella sua analisi, un migliore loop di controllo può produrre benefici più importanti perché interviene contemporaneamente su più sorgenti di errore.

Il GaN è quindi una tecnologia utile, ma non una garanzia automatica di qualità.

 

Tre miti che restano da ridimensionare

Il primo è che Classe D significhi digitale. Non è così.

Il secondo è che molta controreazione peggiori necessariamente il suono. Le migliori implementazioni moderne mostrano che il problema non è la quantità di feedback in sé, ma il modo in cui viene utilizzato.

Il terzo è che GaN equivalga automaticamente a Classe D superiore. Anche qui conta molto più il progetto complessivo.

Aggiungerei un quarto punto: sapere che un amplificatore è in Classe A, AB o D dice ormai molto meno di quanto pensiamo sulla sua qualità reale.

 

Dove siamo arrivati

I migliori Classe D moderni hanno raggiunto livelli di distorsione, rumore, impedenza d’uscita e indipendenza dal carico confrontabili con quelli dei migliori amplificatori lineari.

Questo non rende ogni Classe D eccellente, così come la Classe A non garantisce automaticamente un buon amplificatore.

La distinzione importante passa ormai dal progetto concreto.

Nella lettura di Putzeys, il passo successivo potrebbe essere ancora più interessante: moduli di potenza piccoli, efficienti e molto performanti rendono sempre più naturale integrare amplificazione, DSP e diffusori attivi nello stesso sistema.

Che questo piaccia o meno all’audiofilo tradizionale è un altro discorso. Dal punto di vista tecnico, però, la Classe D ha ormai superato da tempo la fase in cui poteva essere liquidata come un compromesso fra efficienza e qualità sonora.

 

Per approfondire

Bruno Putzeys. Life on the Edge – A Personal Perspective on the Past, Present, and Future of Class D Audio Amplifiers, Secrets of Home Theater and High Fidelity, 2024.

Bruno Putzeys. documentazione tecnica e articoli su UcD, Ncore ed Eigentakt.

 

[Dufay]

Bisogna stabilire se funziona.

Nel senso se suona bene.

Personalmente non ho ancora mai sentito uno dei classe d purifi e nemmeno gli altoparlanti del marchio.

Se mi capiterà di sentirli potrò dire la mia.

 

[Dubleu]

1 ora fa, Dufay ha scritto:

uno dei classe d purifi

non ti perdi nulla, vivi molto sereno con Aloia, ma anche con ben meno.

[Dufay]

1 minuto fa, Dubleu ha scritto:

non ti perdi nulla, vivi molto sereno con Aloia, ma anche con ben meno.

Mi mancano gli altoparlanti.

Nonostante le misure notevoli non sono fiduciosissimo.

 

[captainsensible]

Io ho ascoltato i monitor top di gamma Genelec multiamplificati in classe D e sinceramente erano notevoli.

 

Ho anche uno dei piccoli classe D, che per quello che costano, niente da dire.

 

CS

[Nacchero]

3 ore fa, Dufay ha scritto:

Bisogna stabilire se funziona.

Nel senso se suona bene.

Personalmente non ho ancora mai sentito uno dei classe d purifi e nemmeno gli altoparlanti del marchio.

Se mi capiterà di sentirli potrò dire la mia.

 

Vengo io a fartelo provare! 😎

Magari ti porto anche un paio di casse bone 😃

1 ora fa, Dubleu ha scritto:

non ti perdi nulla, vivi molto sereno con Aloia, ma anche con ben meno.

Capisco ciò a cui sei abituato, però io penso che invece possa meritare un ascolto.

[Dufay]

45 minuti fa, Nacchero ha scritto:

Vengo io a fartelo provare! 😎

Magari ti porto anche un paio di casse bone 😃

Capisco ciò a cui sei abituato, però io penso che invece possa meritare un ascolto.

Porta

Io sto qua.

[bruceas]

Ricordo che 2 anni fa, al gran Galà di Milano, fortunatamente si erano rotti i Marantz "grossi", così hanno dovuto pilotare le B&W 801 D4 Signature col "piccolo" Marantz M1. 50.000 euro di diffusori pilotati da un cosino in classe D da meno di 1,000 euro. Il risultato era strabiliante. Ricordo che c'era un visitatore infuriato perchè aveva le stesse casse e un pre più finale McIntosh pagati una fucilata che, a suo parere, suonavano peggio del "cosino".

Per me ben venga la classe D!!!
La cosa che più mi divertiva era il cavo di alimentazione in confronto a quello degli ampli "seri"