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Microfonicità delle valvole termoioniche

Alcune parti di questo capitolo sono tratte dagli studi eseguiti sulla microfonicità delle valvole da Mullard e pubblicati su Mullard technical communications nel Novembre 1962.

Microfonicità delle valvole termoioniche: di cosa si tratta

La microfonicità è la caratteristica di un qualsiasi elemento di un circuito elettronico, la valvola termoionica nel nostro caso, di convertire le vibrazioni meccaniche in un segnale elettrico.

Microfonicità delle valvole termoioniche: come si manifesta

In genere per valutare la microfonicità delle valvole termoioniche e i possibili effetti sul suono in un amplificatore audio si percuote delicatamente il vetro della valvola e si valuta l'effetto direttamente ascoltando le casse acustiche.
Se la valvola ha una elevata microfonicità si avverte un "bump" sulle casse, proporzionale alla microfonicità della valvola in esame e alla posizione della stessa nella catena audio.
Ovviamente più è basso (come tensione) il segnale che la valvola tratta e più incide la microfonicità con la stessa logica del rapporto segnale/rumore.
Nell'uso quotidiano in campo audio la microfonicità si avverte come un impastamento del suono quando si aumenta il volume dell'impianto stereo, difetto "occulto" che quasi sempre è imputato a limiti della circuitazione o alla saturazione dei trasformatori e quasi mai alla microfonicità.

Microfonicità delle valvole termoioniche: cause

Alcuni componenti nei dispositivi elettronici non hanno una struttura completamente rigida ma sono costituiti da parti che possono vibrare se soggetti a forze fisiche.
Se la parte vibra la distanza che la separa dagli altri componenti varia e variano le proprietà elettriche del componente.
Prendendo ad esempio una valvola termoionica facente parte di un oscillatore, le l'anodo vibra la sua distanza rispetto al catodo varia e di conseguenza essendo l'anodo e il catodo le due armature di una capacità parassita, cambia la capacità che avrà effetto sulla frequenza prodotta dall'oscillatore nella misura in cui tale capacità è inserita in un circuito di accordo.
In altre parole la vibrazione dell'anodo produce una modulazione della radiofrequenza.
La produzione di detta modulazione è il risultato della vibrazione meccanica e della microfonicità della valvola.
In realtà questo è un esempio riduttivo, il moto relativo dei componenti all'interno della valvola genera oltre alla variazione delle capacità interelettrodiche anche variazioni della corrente anodica dovute alla oscillazione della griglia e alla variazione della geometria di questa rispetto al catodo con modificazione dell'effetto dei campi elettrici sul flusso degli elettroni.
La vibrazione può essere il risultato di uno shock meccanico come ad esempio succede nei dispositivi mobili (auto, aerei, navi ecc.) oppure può essere il risultato di una vibrazione continua come ad esempio la vibrazione del motore di un giradischi oppure la musica che esce da un sistema di diffusione (casse acustiche).
Le vibrazioni meccaniche possono essere captate direttamente dall'aria oppure essere condotte dal telaio su cui è fissata la valvola.
Esempio classico è quello dell'amplificatore per strumenti come chitarra e basso elettrico, in cui la parte diffusore è solidale o in prossimità della parte amplificatore.
Questo è il caso peggiore, a livello meccanico vi è un collegamento diretto fra altoparlante e telaio delle valvole dell'amplificatore dove vengono trattati segnali di pochi mV.

Microfonicità delle valvole termoioniche: tecniche di misura

La microfonicità non si manifesta a tutte le frequenze, ma a frequenze ben specifiche che corrispondono a quelle di risonanza degli elettrodi e relative armoniche superiori.
Quindi ha senso parlare di microfonicità solo per quello che riguarda spettri di frequenza ben definiti.

Allo scopo Mullard ha utilizzato per simulare le condizioni reali di una radio a valvole, un altoparlante per emettere le frequenze di prova e una valvola accoppiata per prossimità (trasmissione di onde acustiche) allo stesso.
E' così possibile costruire la curva della sensibilità della valvola alle vibrazioni per le varie frequenze.
Poi la prova è stata ripetuta con un banco oscillante per verificare il comportamento con le vibrazioni trasmesse meccanicamente (dal telaio per esempio).
La verifica nell'articolo di Mullard è stata fatta sia per quello che riguarda il comportamento elettrico che quello meccanico, tramite un microscopio e uno stroboscopio.

Microfonicità delle valvole termoioniche: possibili soluzioni

Le possibili soluzioni sono diverse, alcune applicabili in fase di progetto altre applicabili a posteriori.
Ovviamente quelle applicabili in fase di progetto sono più efficaci di quelle "tampone".
In fase di progetto si possono scegliere delle valvole costruite in modo da essere poco sensibili alle vibrazioni meccaniche oppure isolarle dall'ambiente e dalle vibrazioni trasmesse progettando il telaio in modo mirato a questo.
Un esempio sono le valvole a tripla mica, ovvero con dei supporti per gli elettrodi particolarmente rigidi che limitano i possibili movimenti degli elettrodi stessi.
A posteriori si possono solo usare i cosidetti smorzatori meccanici o "dampers" che sono in genere degli anelli di silicone che vengono posti sul corpo della valvola.
Questi smorzatori aumentano l'inerzia del corpo della valvola riducendo le vibrazioni che la stessa può captare dall'aria e riducendo la frequenza di risonanza.
Ho visto altre soluzioni amatoriali più estreme destinate alle valvole preamplificatrici, come ad esempio mettere una prolunga allo zoccolo e inglobare l'intera valvola in un parallelepipedo di silicone o di resina bicomponente.
La valvola in questo modo è solidale ad una massa tale da eliminare quasi totalmente la possibilità che vengano trasmesse vibrazioni alle frequenze critiche per la microfonicità della valvola, ovvero superiori a qualche centinaio di hertz (in genere).

Documenti originali prodotti da Mullard: mullard_valve_microphony_parte_1.pdf - mullard_valve_microphony_parte_2.pdf e pubblicati su Mullard technical communications nel Novembre 1962.