Enciclopedia de Audio

A m p lific a d o re s Pre a m p lific a d o re s Ec ua liza d o re s Pa rla n te s C a ja s A c ús ústtic a s Re p ro d u c to re re s d e C D Eta p a s d e Po te nc ia M ini nicc o m p o ne nt ntee s

Rep. Argentina - $14 Por: Ing. Horacio D. Vallejo

SABER

EDICION ARGENTINA

ELECTRONICA

En c ic lo p e d ia d e A u d io

Editado por:

Editorial Quark S.R.L. Introducción Cuando me propuse “editar” esta obra pensé q ue deb d ebíía mantene mantenerr el “espír “espíriitu” d el Cur C urs so C o mpleto de Audio & Hi-Fi, publicado en 1991 y reeditado en 1996. Ambos textos siguen tan vigentes como en su fecha de aparición, pero una “enciclopedia” debe contener información variada y dar detalles de otras obras que permitan ampliar cada tema. En un principio pensamos en incluir los c onteni ontenido dos s de los libr bros os C ur urs so C omp omplleto de Aud Audiio, Elec tr tróni ónic c a Ap Apllic a da y Equi Equipo pos s de Audio Mod M oder er-nos pero decidimos que ello incrementaría excesivamente el costo de la obra y que es posible que Ud. ya tenga dichos títulos (o alguno de ellos). Por este motivo, decidimos confeccionar una guía c on abun a bunda dant nte e c ont onteni enido do y una una di d iag agrramac ión ágil que permite el mayor aprovechamiento de espacio; el resultado es este tomo que está leyendo.. do Dividimos la obra en cuatro capítulos que destacan los aspectos más importantes del audio, que van desde las características del sonido hasta el diseño de divisores de frecuencia, sin eludir amplificadores, preamplificadores y todas las etapas rela c iona onada da s c on los eq equi uipo pos s c onvenc iona onalles es.. Ta mbién se se inc inc luy uye e un Tomo de C olec c ión que q ue presenta una Guía de Fallas y Soluciones en Minicomponentes po nentes,, el Ser Servi vic c e en e n Etap Etapa a s de Potenc ia de Audio y la la C ons onstr truc ucc c ión de d e una Eta Eta pa de Potenc ia de A udi dio. o. Por último, le entregamos uno de los tres libros rec omenda omendado dos s pa parra a mpl mpliia r inf nform ormac ac ión. Demás está decir que si Ud. ya tiene dicho texto puede canjearlo, sin costo, en nuestras oficinas de Herrrera 761 (129 Her (1295 5), C a p it ita a l Fe Fe d era eral, l, Argenti Arge ntina na,, o enviarlo por correo junto con estampillas, para gastos de correo y le enviaremos a su domicilio el libro que le agrade.

Herrera 761 (1295) Buenos Aires - Argentina Mayo de 2000

Director: Horacio D. Vallejo Producción: Pablo M. Dodero

Impresión: Imprenta Rosgal - Montevideo - Uruguay

Queda hecho el depósito que previene la ley 11723 Distribución en Capital: Distribuidora Cancellaro e Hijo SH, Gutemberg 3258, Buenos Aires Distribución en el interior: Distribuidora Bertrán S.A.C.,Av. Vélez Sarsfield 1950, Buenos Aires

La editorial no se responsabiliza por el contenido del material firmado. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad ponsabilida d de nuest nuestra parte. Está prohibida prohibid a la reproducción total o parcial del material contenido en esta publicación, así como com o la industrializ industrialización ación y/ o comerciali comercializaci zación ón de los circuitos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la editorial. *************************

Es ta ob ra es un a co Esta comp mp il ac ió n de te ma s ació co ordi or di na do s po r el In Ing. g. H. D. V al le jo . coor

El texto que acompaña esta obra, editado con anterioridad, complementa los conocimientos que precisa para aprender el tema completamente. Si Ud. ya lo posee, puede cambiarlo en nuestras oficinas por otro libro a su elección; si se toma esa molestia, le obsequiaremos otro texto. Si reside en el interior, envíe el libro a nuestras oficinas y le remitiremos el que pida a su domicilio.

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Queda hecho el depósito que previene la ley 11723 Distribución en Capital: Distribuidora Cancellaro e Hijo SH, Gutemberg 3258, Buenos Aires Distribución en el interior: Distribuidora Bertrán S.A.C.,Av. Vélez Sarsfield 1950, Buenos Aires

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El texto que acompaña esta obra, editado con anterioridad, complementa los conocimientos que precisa para aprender el tema completamente. Si Ud. ya lo posee, puede cambiarlo en nuestras oficinas por otro libro a su elección; si se toma esa molestia, le obsequiaremos otro texto. Si reside en el interior, envíe el libro a nuestras oficinas y le remitiremos el que pida a su domicilio.

Introducción al Audio

Introducción al Aud io

Capítulo 1 Capítulo escrito por el Prof. Egon Strauss

La base de toda señal de audio, cualquiera cualquie ra que sea su origen, su medio de transporte o su plataforma analógica o digital, es el oído humano con todas sus virtudes y con todas sus limitaciones. A continuación, veremos todo lo referente al mecanismo por el cual podemos discernir entre diferentes sonidos.

1.1. El El oído oído hum a no y la m ús úsiic a La base b ase de toda señal de audio, a udio, cualquiera cualquiera que q ue sea su origen, su medio de transporte o su plataforma analógica a nalógica o di d igit gital, al, es el oído oído hum humano ano c on todas sus virtudes y con todas sus limitaciones. En la figura 1 vemos en un corte transversal el aspecto de este órgano tan exquisito del cuerpo humano. La respuesta del oído frente a las señales acústicas, vocales o musicales, no es del todo parejo. Existen importantes limitaciones en cuanto a la frecuencia de los sonidos que llegan a nuestros oídos y son captados o no de acuerdo a una curva de respues espuesta ta del d el umbral de a udic udición. ión. En En la figura figura 2 vevemos la curva normalizada de este umbral, pero la misma puede cambiar en forma individual de ac uer uerdo do a la ed edad ad,, el sex sexo o y el entrenamient entrenamiento o del d el oyente oyent e y además a demás también también de a c uer uerdo do a mu mucc has condiciones ambientales que influyen en forma muy importante en la audición. La música, a pesar de tratarse de una expresión artística de variaciones infinitas, es sin embargo una de d e las disc disc ipli iplinas nas mejor mejor organiza organiza da s y con c on mama yor contenido matemático que podemos imaginar. Esto es desde luego imprescindible si analizamos el problema más a fondo, ya que sin esta organización interna tan rigurosa sería imposible lograr rep reprrod oduc uccc iones mus musica icales les fi fieles eles al comp c omposi ositor tor a tr tra a vés de los tiempo tiemposs y los los instr instrumento umentoss mus musica ica les tan variados en diferentes épocas. El secreto de este es te as a spe pecc to tan riguros riguroso o es e s la esca la musica musicall que en la la c ul ultu turra oc c ide dent ntal al se se carac c arac ter teriiza por p or es estar tar dividida en octavas que poseen 12 notas cada Enciclopedia de Audio

una. En cada octava las notas poseen una frecuencia del doble o de la mitad de la anterior o posster po terior ior.. El El punto de d e pa rti tida da es la la nota LA de 44 440 0 hertz y las notas se distancian una de otra con un fac tor k que surge surge de la mis misma defini d efinicc ión de la oc octava. k = 12√2 = 1,059463094359 C on este este valor de k y con la frec frec uenc uenciia de referencia f = 440 hertz, la escala central tiene los siguientes va va lor lores es de fr frec ec uenc ia en e n sus sus notas. La La fr freecuencia de las demás notas puede derivarse de los valores indicados de LA = 440Hz y del factor k. En la Tabla 1.1 indicamos la nomenclatura de las notas en el sistema italiano, alemán y americano. En la argentina se usa el sistema italiano.

TABL ABLA A 1.1. La La s no ta s d e la esca la m us usic ic a l. Nomenc la tura del sisistema Frec uenc ia en he hertz ItItali aliana ana Alem ana Am eri erica ca na Fórmul órmulaa Valor

DO DO # RE RE# MI FA FA # SO L SO L# LA

C C# D D# E F F# G G# A

C C# D D# E F F# G G# A

440 x k -9 440 x k -8 440 x k -7 440 x k -6 440 x k -5 440 x k –4 440 x k -3 440 x k -2 440 x k -1 440 x k 0

262 262 2777 27 2944 29 3111 31 3300 33 3499 34 3700 37 3922 39 4155 41 4400 44 1


LA# SI DO´

A# H C´

A# B C´

440 x k 440 x k 2 440 x k 3

466 494 524

Figura 2

En principio todos los sonidos se manifiestan como cambios de presión del aire que nos rodea. En la presencia de equipos de a udio, el oído reacciona a las minúsculas variaciones de presión que provienen de un transductor acústico que transforma variaciones de señales eléctricas en variaciones de presión de aire. Este transductor es el alto-

Figura 1

2

parlante que forma parte ineludible de todo sistema de audio electrónico. El altoparlante recibe una señal eléctrica, la señal de a udio, y la transforma en vibrac iones del aire que rodea el parlante y que llena el ambiente en el cual actúa. Bajo un punto de vista técnico podemos manifestar que el pa rlante es un transductor que rec ibe una señal que representa una tensión en función del tiempo y la transforma en otra expresión equivalente que representa una presión en función del tiempo. Esta presión mueve el aire y mover aire parece fácil, el problema es que todo el proceso descrito debe efectuarse en concordancia con las características del oído y del cerebro humano que son en realidad los destinatarios finales de esta señal de audio y de las vibraciones del aire que producen a través del altoparlante. Si analizamos el problema bajo este aspecto, de repente la situación se complica debido a las caEnciclopedia de Audio


racterísticas anatómicamente complejas y fisiológicamente delicadas del oído humano y del asombroso alcance que posee. Si enunciamos únicamente las prestaciones del oído nos parecen bastante simples: el rango de frecuencias se ubica en las 10 octavas y el rango dinámico, expresado como rango de potencias respecto del nivel de presión sonora (SPL = sound pressure level), es del orden de los 110 a 120dB. Sin embargo, si profundizamos la lectura de estos valores un poco, veremos que cada octava duplica las frec uenc ias de la anterior y que por lo tanto 10 octavas implican un rango de 210 = 1024 veces, aproximadamente de 20 a 20.000 hertz. Por otra pa rte un rango dinámico de 120dB significa una diferenc ia de nivel entre el sonido más débil y el más fuerte que podemos percibir, de unas 1012 veces, un millón de millones de veces. Estos valores tan elevados en escalas lineales son reducidos por el uso de una escala exponencial en la relación de frecuencia y octava y de una escala logarítmica en la escala de potencias. Cada 10dB en esta última escala significa una presión SPL diez veces mayor. Para una reproducción sonora en el hogar se puede considerar como valor normal en el hogar unos 95dB de SPL y en este caso pueden presentarse picos de potencia en películas con explosiones, choques de automóvil y otros efec tos sonoros, de 105dB. El valor arriba mencionado de 120dB no es aconsejable de ninguna manera y puede producir daños a la capacidad auditiva de las personas. Más adelante veremos que los niveles de 95 a 105dB de SPL pueden lograrse en una sala del hogar grande c on potencias de 20 a 35 Watt por canal. A todo ello se agrega que el aire que debe moverse por medio de la actuación del parlante se expresa en dimensiones cúbicas de litros, lo que también implica un incremento exponencial de la presión necesaria.

1.2. El oído hum a no y los altop a rla ntes Para cumplir cabalmente con estos requisitos el altoparlante debe cumplir ciertas normas constructivas. Veamos entonces como debe estar construido el altoparlante básico para poder hacer frente a estas exigencias y sobre todo, cuales son los puntos más débiles en este tipo de construcción. En la figura 3 vemos el aspecto de un alEnciclopedia de Audio

Fig. 3

toparlante, en corte transversal que permite apreciar los aspectos constructivos más importantes de este c omponente tan importante. Se observa la bobina móvil con su soporte como elemento receptor de la energía eléctrica de la señal de a udio y adosad o a ella el cono que transforma esta energía eléctrica en energía mecánica y ac ústica por la interacción entre el campo magnético del imán c on sus piezas polares y la corriente que circula en la bobina móvil. El conjunto de bobina móvil, imán y cono es el centro energético del altoparlante y su rendimiento depende principalmente de la interacción de estos componentes. El campo magnético debe ser lo más fuerte posible pa ra lograr un rendimiento eficiente y para ello se usan materiales especiales que abarcan desde aleac iones metálicas como el Ferroxdure, el Alnico (aleación de aluminio, níquel y cobalto) y otros, hasta compuestos cerámicos totalmente sintéticos ba sad os en neodimio, estronc io, ba rio u otros. Las piezas polares son de a cero d e a lta c alidad que rodean la bobina móvil con su forma de soporte de diferentes materiales (papel, aluminio etc.) e inducen en el reducido espacio del entre hierro el campo magnético nec esario para los parlantes del tipo dinámico. Adosado a la bobina móvil se enc uentra el cono cuyo material cumple la función de actuar como pistón en este mecanismo electromecánico – acústico. Es ahí donde comienza el primer obstáculo apa rente del sistema. Si bien se están usando los más diferentes materiales para el cono, el mismo no puede responder en forma uniforme y pareja ante cualquiera de las más de mil frecuencias 3


que se pueden presentar en la bobina móvil. Ca da frec uencia posee una longitud de onda específica, resultado de la conoc ida expresión L = v/f, donde “L” es la longitud de onda en metros, “v” es la velocidad de propagación del sonido en el aire (unos 340 metros) y “f” es la frec uenc ia en hertz. En la Tabla 1.2 vemos las longitudes de onda ap roximadas para tonos de diferentes frecuencias.

Fig. 4

no cónicas sino esféricas. No obstante esta forma TABLA 1.2. LONG ITUD DE O NDA DE DIFERENTES TO- el “cono” o “domo” sigue comportándose como pistón para movilizar la masa de aire circundante. NOS. En algunos casos se insiste en un comportamiento FREC UEN CIA “f” LO N GITUD DE O N DA “L” esférico, pero esto no es rigurosamente correcto, 30 hertz (Hz) 11,33 metros (m) ya que una esfera debiera expandirse o contraer50Hz 6,80 m se en proporción a su distancia de la posición de 100Hz 3,40 m reposo y ello obviamente no es así. Tanto un “co200Hz 1,70 m no” como un “domo” actúan como “pistones”. 400Hz 0,85 m Con respecto a los “domos” debemos señalar que 1000Hz 0,34 m los mismos tienen su bobina móvil adosada al diá4000Hz 0,085 m metro periférico del conjunto y no a su centro coEn la propagación, difusión e irradiación de las mo las membranas de forma cónica por motivos diferentes frecuencias existe una influencia nota- fácil de visualizar. El “domo” tiene su zona central ble entre la longitud de onda y las dimensiones del alejada del área dedicada a la fijación de la bocono y de otros accidentes ambientales. Mientras bina móvil. Queda disponible sólo el borde externo la longitud de onda es mucho mayor que las di- para la fijación de esta bobina. Este es uno de los mensiones del cono, el mismo se comportará co- motivos por el cual el diámetro de los tweeter con mo un pistón verdadero y los tonos de esta fre- domo rara vez supera 1 pulgada (25 mm). Para reduc ir o eliminar el efecto de ruptura a cúscuencia serán irrad iados en forma completamente homogénea y pareja. Sin embargo, cuando la tica es necesario dividir el rango total audible de longitud de onda es compa rable c on las dimensio- 10 octavas en subrangos con predominanc ia o exnes del cono, esta irrad iación pued e sufrir inconve- clusividad de ciertas frecuencias. Una división en nientes debido a que una parte del cono recibirá tres rangos es habitual, tal como vemos en la figuuna frecuencia, mientras que otra estará recibien- ra 4. En este caso se designa a los diferentes grudo una frecuencia diferente. Esto produce desde pos de parlantes con nombres especiales: los parluego una ruptura en la continuida d a cústica, c on lantes para frecuencias bajas son los woofer, los parlantes para tonos de frec uencia media son los un efecto audible en la música irradiada. En cuanto a los materiales usados para la cons- squa wker, y los parlantes para tonos agudos son los trucción del cono, debemos destacar que el ma- tweeter. Los límites entre cad a grupo no son valoterial más usado en el aspecto histórico y técnico, res fijos y dependen en gran parte del diseño del sigue siendo el papel, sobre todo c on diferentes ti- equipo, pero los valores más frecuentes son los sipos de tratamiento que otorgan mayor o menor guientes: el cruce (crossover) entre woofer y grado de elasticidad o solidez al cono, según el squawker está en los 300 a 600 hertz, mientras que uso concreto del mismo en woofers o squawkers el cruce entre squawker y tweeter está en los (tonos graves y medios). Para el uso en los tweeters 2.000 a 4.000 hertz. Existe un cuarto tipo de parlantes, los subwoofer, de tonos agudos, se usa con mucha frecuencia conos metálicos, algunos con diferentes formas, cuyo rango de operación está por debajo de los 4

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150 hertz, aproximadamente. Debemos recordar que las nuevas plataformas de música digital, como el disco DVD y también la televisión digital DTV, pueden funcionar con 6 canales discretos (separados) de audio y en este caso uno de estos seis canales lleva exclusivamente la información para el subwoofer. Cuando se usan estos tres o cuatro grupos de parlantes, es necesario alimentarlos con las frecuencias que c orresponden a su rango de a cción. Si un tweeter recibe no sólo las frec uenc ias altas, sino también otras mucho más bajas, pueden introducirse distorsiones muy difíciles de esconder acústicamente. Para lograr, entonces, una división de frecuencia adecuada se recurre a los divisores de frecuencia, que dan paso sólo a las frecuencias deseadas para cada grupo de parlantes. Se puede usar también amplificadores separados para cada grupo, lo que mejora aún más el efecto beneficioso de la división de frecuencias, si bien a costo de un precio más alto del equipo. En un equipo del tipo HiFi o High End, este incremento del costo es casi inevitable. En algunos casos se usan circuitos de cruce activos y no pasivos para reducir el aspec to costos y como solución intermedia. Cuando se usan varios parlantes en forma con junta, alimentados de un mismo amplificador o simplemente en forma simultánea, resulta necesario evitar una interacción nociva entre el pa trón de radiac ión de c ad a uno de ellos. En estos casos es necesario tomar en cuenta la polaridad de la conexión de la bobina móvil de cada uno de ellos, ya que esta conexión afecta la fase de la señal irradiada. Parlantes conectados con la fase incorrec ta influyen en forma muy negativa sobre la calidad y el volumen sonoro del conjunto. Una de las medidas aconsejadas en toda instalación de teatro del hoga r o de eq uipos de HiFi, es observar y controlar cuidadosamente este a spec to. Para lograr una reproducción acústica de alta calidad, es importante también tomar en cuenta los gabinetes, dentro de los cuales están ubicados los parlantes, y asimismo las condiciones acústicas del ambiente dentro del cual actúan. En cuanto a los gabinetes acústicos existen diferentes variantes, pero tod os ellos tienen una función básica que consiste en separar en forma eficiente la radiación frontal de la radiac ión posterior del cono del parEnciclopedia de Audio

lante. Como ambos tienen fase opuesta, se corre el riesgo de efectos de distorsión muy serios si se pretende usar parlantes sin gabinete o baffle. El efecto final depende de la frecuencia y potencia en juego, pero para una reproducción sonora correc ta es imprescindible un montaje ad ec uado d e los parlantes. Para evaluar el comportamiento eléctrico, mecánico y ac ústico de un altoparlante no es suficiente basarnos en una evaluación puramente empírica por medio de nuestros oídos, también es necesario determinar ciertos parámetros funcionales que enumeramos a continuación. Lo hacemos solo a título informativo, debido a que la mayor parte de ingenieros, técnicos y oyentes no dispone del instrumental necesario para efectuar una medición numérica confiable. Sin embargo consideramos que el conocimiento de estos parámetros puede ser útil pa ra la evaluac ión comparativa de las especificaciones de varios parlantes. Además de la gama de frecuencia que el parlante abarca supuestamente y del SPL (nivel de presión sonora), ya mencionado anteriormente, debemos evaluar los siguientes parámetros: la frecuencia de resonancia del parlante en aire libre (Fs), el factor de mérito Q mecánico (Qms), el factor de mérito Q eléctrico (Qes), el factor de mérito total calculado (Qts), el volumen de aire que tiene la misma compliancia que la suspensión del parlante (Vas), el factor de fuerza magnética del motor (BL), la inductancia de la bobina móvil (LE), la masa móvil (Mmd), la compliancia mecánica (Cm) y la resistencia mecánica (Rm). Muy pocos pa rlantes son ofrec idos con toda s estas carac terísticas en forma explícita, pero en c aso de ver algunas de ellas en algún folleto no está demás de saber de que se trata. En la Tabla 1.3 vemos como ejemplo típico las especificaciones de un parlante subwoofer de fabricac ión italiana. TABLA 1.3. Espe c ifica c iones típic as de un sub wo ofe r de 200 mm d e diám etro.

C ARAC TERISTIC A.....................VALO R ESPEC IFIC AD O Frecuencia de resonancia Fs..........................53,8Hz Eficiencia Nref....................................................0,46% Q mecánico Qms..................................................4,37 Q eléctrico Qes.....................................................0,75 Q total calculado Qts...........................................0,64 Volumen de aire Vas....................................22,7 litros Factor de fuerza magnética BL......................5,9 NA 5


Impedancia de bobina móvil nominal..........4 ohm Masa móvil Mmd..............................................24,6 kg Compliancia Cm............................................0,36 mN Resistencia mecánica Rm..............................1,9 kg s Sensibilidad E.....................................................88,6dB Potencia máxima Pmax...............................100 Watt

pos de audio etapa s que permiten introducir un retardo artificial en la señal de audio que simula los efec tos de la reverberac ión propia de ciertos ambientes y permite rec rearlos en prácticamente cualquier otro ambiente.

1 .3. La sensibilidad se mide con una potencia de 1 watt a una distancia de 1 metro. El nivel de la presión sonora (SPL) dec rec e en 6dB cada vez que se dobla la distancia, de acuerdo a la Ley cuadrática inversa de los fenómenos naturales. Este cálculo es sin embargo influenciado también por las condiciones ambientales del lugar donde se escucha la música del parlante. Para evaluar correctamente todos los factores, es entonces más conveniente medir el nivel SPL por medio de un medidor específico, en lugar de efectuar cálculos que no toman en cuenta debidamente todos los fac tores. En c uanto a los efec tos ambientales, producidos por eventuales rebotes de las ondas sonoras contra las paredes del rec into de audición o de la sala de c oncierto, grande o c hica, el efecto más serio es la reverberación. La reverberación puede ser útil en algunos casos para reforzar ciertos efectos sonoros, como el de la sala d e c oncierto grande o de un ambiente de audición íntimo, pero en todos los casos debe tomarse en cuenta para lograr un efecto musical óptimo. La reverberación es un efec to natural que se encuentra en muchos lugares del mundo como atracción turística, tanto en los Alpes europeos como en los Alpes neozelandeses. Los efectos del eco de la naturaleza pueden ser ac eptados o no, o pueden resultar atractivos o no, pero cuando estos mismos efectos invaden el hogar del oyente de la buena música, resulta necesario controlarlos muy cuidadosamente. En un receptor de radio de automóvil, cuya sala de audiencia tiene apenas las dimensiones de la cabina del vehículo, la ampliación del tamaño virtual de audición puede ser muy favorable y a veces también en salas de audición pequeñas puede producirse un efecto parecido. Para poder regular el efecto de la reverberación o del eco natural o artificial existen diferentes métodos que toman en cuenta el tiempo de la reverberac ión acústica. En la figura 5 vemos un listado de los tiempos involucrados en este proceso. Existen en muchos equi6

A lta fid e lid a d

En el segmento anterior se mencionó varias veces los términos de ALTA FIDELIDAD y podemos agregar otros pertinentes como HIGH FI y HIGH END. En un tratado destinado a temas de audio resulta imprescindible definir correctamente estos términos. La designación de las diferentes categorías de audio está perfectamente establecida y normalizada por normas nacionales e internacionales. En casi todos los países existen normas nacionales que, sin embargo, suelen basarse en normas internacionalmente reconocidas, como las normas alemanas del DIN (Deutscher Industrie Normenausschuss), las normas norteamericanas de la EIA (Electronic Industries Association) o las normas del IHF (Institute of High Fidelity). En la Argentina se a plican las normas IRAM (Instituto de Racionalización de Materiales), pero generalmente las mismas indican en su texto el origen, que es uno de los antes mencionados. Las normas más mencionadas en toda la literatura técnica relativas a equipos de alta fidelidad, son las normas DIN 45500 y IEC 268. Se d istinguen en general tres ca tegorías de equipos de audio que deben cumplir con las normas específicas de cada grupo. Se distingue así (a.) Equipos de audio convencionales, (b.) Equipos de audio de alta fidelida d (HiFi) y (c.) Equipos de audio High End. A continuación se indica n las normas más importantes de cada categoría.

Figura 5



(A) EQ UIPO S DE AUDIO C O NV ENC ION ALES En este tipo de equipos de audio se incluyen principalmente pequeños amplificadores monaurales y estereofónicos con una potenc ia menor a 6 watts, aproximadamente, y una distorsión armónica total (THD) mayor al 1%. La gama de frecuencias que abarcan estos equipos es limitada generalmente al rango de 100 a 10.000 hertz (Hz), c on límites de –2dB en c ad a extremo. En esta c ategoría entran también equipos de audiocasete y toc adiscos con especificaciones similares. Los límites de WOW (lloro) y FLUTTER (trino) son generalmente mayores al 0,2% y la relación señal - ruido (S/N) es del orden de los 40dB o menos. Los altoparlantes de estos equipos designados como c onvencionales, se encuentran muchas veces incorporados dentro de los mismos equipos, pero aun con baffles separados, si no cumplen con los demás requisitos de la categoría HiFi, que veremos más adelante, no pueden considerarse de alta fidelidad. Lo mismo debemos afirmar también con respecto a la potencia de salida, ya que existen en el mercado numerosos equipos de potencia elevada, pero que no cumplen con los demás requisitos de la categoría HiFi. Un caso típico son, por ejemplo, los equipos para disc-jockeys que se destacan generalmente por su elevada potencia de salida, a veces superiores a los 100 a 250 watt de a udio y una gran cantidad de c ontroles de entrada para toda clase de reproductores de grabaciones (discos de todo tipo, casetes, micrófonos, etc.), pero que muy pocas vec es poseen una cantidad de parámetros correspondientes al concepto HiFi. Cuando se usan en la categoría “convencional” tocadiscos para discos LP de vinílico, pueden encontrarse entre los pasadiscos de este tipo pick-ups con un peso sobre el disco mayor a los 2 gramos y con cifras de WOW (lloro), FLUTTER (trino), RUMBLE (retumbo) y HUM (zumbido) muy elevadas y hasta molestas. (B) EQUIPOS DE AUDIO DE ALTA FIDELIDAD (HIFI) Las normas DIN 45500 y varias otras normas especifican claramente cuáles son las condiciones mínimas para poder considerar un equipo de audio incluido en esta categoría. Por cierto, es una categoría de muy alto prestigio y muchas veces también de alto precio. Esto, desde luego, la hace muy apetecible bajo el punto de vista c omercial y Enciclopedia de Audio

tanto el fabricante y téc nico serio, c omo también el usuario, deben cuidar muy bien que los equipos de audio ofrecidos en esta categoría realmente cumplan las condiciones mínimas exigidas y normalizadas. Las condiciones más importantes se indican a continuación. Los equipos de la categoría HiFi son estereofónicos y poseen como mínimo dos canales de audio. La p otencia de salida es mayor de 2 x 6 watts con una THD igual o menor al 2%. La gama de frec uenc ia con una variación de ±1,5% debe ser igua l o mejor que 40 a 16.000Hz. La mod ulación cruzada debe ser igual o menor al 3% y la relación señal-ruido (S/N) en 20 watts debe ser igual o mejor que 50dB. La separación de canales en 1000Hz debe ser igual o mejor que 40dB y en la gama de 250 a 10.000Hz debe ser igual o mejor que 26dB. La sensibilidad de entrada de baja impedancia debe ser igual o mejor que 5 milivolt (mV) sobre 47 kilohm. La sensibilidad de entrada de alta impeda ncia debe ser igual o mejor que 500mV sobre 470 kilohm. Los parlantes deben estar ubicados en baffles separados y deben poseer los tipos de woofer, squawker y tweeter nec esarios pa ra cumplir con los requisitos de respuesta de frecuencia arriba indicados. Debemos rec ordar, desde luego, que los equipos auxiliares y complementarios de sintonizadores, pasadiscos, pasacasetes y otros, deben estar en concordanc ia con las normas generales y específicas de este sector importante del audio. Uno de los equipos auxiliares muy importantes en este aspecto son los ecualizadores los cuales deben cumplir también c on las normas y reglas de la categoría. En un caso típico se puede lograr efectos muy interesantes sobre todo en equipos de radio del automóvil de alta fidelidad que permiten crear los más variados efectos sonoros por medio de los ajustes necesarios. En la figura 6 vemos un aspecto de estos efectos en un equipo de Alpine

Figura 6

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para radio de automóvil de alta fidelidad, que posee siete diferentes modos funcionales, para poder disfrutar en las reducidas dimensiones del habitáculo del automóvil de los efectos sonoros más diversos: dos modos de sala de concierto, dos modos de estadio, efecto de catedral, efecto de disco bailable y el efecto de la música en vivo y directo. Este tipo de procesador puede estar también presente en equipos estac ionarios del hogar y no está limitado a los equipos móviles de la radio del automóvil.

cables de conexión, debido a que su construcc ión y sus dimensiones pueden influir notablemente en la calidad final de la reproducción sonora. Esto es especialmente cierto en los cables usados para la conexión de parlantes que en algunos equipos deben transportar una corriente de audiofrecuencia de varias decenas de amperes y por lo tanto deben estar debidamente diseñados para este fin. Este aspecto es aplicable también a los equipos HiFi en general, pero en los equipos High End es simplemente ineludible.

(C ) EQ UIPO S DE AUDIO HIG H END La categoría de mayor calidad y exigencias es la del High End. Se trata en principio de los equipos que cumplen ampliamente las condiciones de HiFi, pero que además poseen algunas características y espec ificac iones adicionales. Por lo pronto, se descartan en esta categoría todas las plataformas que incluyen un proceso de compresión de señal. Esto deja como aprobado únicamente el disco CD (Compact Disc) y el casete con cinta magnética del tipo DAT (Digital Audio Tape). Todas las restantes plataformas digitales en vigenc ia poseen algún grado de compresión de señales y, por lo tanto, quedan descartadas. Se acepta y se privilegia en esta categoría los amplificadores basados en válvulas ya que poseen varias características inherentes que favorecen una reproducción de la más alta fidelidad. Más adelante volveremos sobre este tema con todo detalle y profundida d. Otro renglón que merece una atención especial en esta categoría son los

1.4. Alguna s ob servac ione s sob re la s espec ifica ciones téc nica s Una de las primeras indicaciones se suele referir a la potencia de audio de salida que es expresada en WATTS RMS. Esto es muy importante tomar en cuenta debido a que existen varias formas de indicación de potencia, pero sólo la indicada es válida para equipos de alta fidelidad. En algunos casos se espec ifica también que esta potencia es la que se obtiene del amplificador durante por lo menos 10 minutos, entregada a una carga especificada y con una distorsión especificada. En muchos anuncios comerciales se encuentra alguna de las siguientes expresiones: Potencia RMS, Potencia Musical, P.M.P.O. (Peak Musical Power Output), Potencia Musical de Cresta, Potencia Continua, Potencia Nominal, Potencia de Rec orte, Potencia Máxima, Potencia con Programa, y otros. En la Tabla 1.4 vemos las definiciones téc nicas de estas y otras designaciones, incluidas algunas en inglés y otras en alemán, los cuales son usados en

TABLA 1.4. Espe cificac iones sob re pote nc ia de salida en eq uipo s de a udio.

DEFINICION PARA 1 POTENCIA RMS DEFINICION TÉCNICA: es la potencia que se obtiene al aplicar la tensión eficaz Eeficaz a la resistencia de carga durante 30 segundos. POTENCIA SINUSOIDAL POTENCIA CONTINUA POTENCIA NOMINAL POTENCIA de RECORTE RMS – POWER Sinus Dauertonleistung 8

DEFINICION PARA 2 POTENCIA MUSICAL DEFINICION TECNICA: es la potencia que se obtiene si se aplica la tensión eficaz con una distorsión menor al 5% a la resistencia de carga, con la tensión de la fuente constante. POTENCIA DINAMICA POTENCIA IHF POTENCIA con PROGRAMA E.I.A. POWER MUSICAL POWER OUTPUT Musikleistung

DEFINICION PARA 3 POTENCIA MAXIMA DEFINICION TECNICA: es el doble de la potencia musical. POTENCIA DE CRESTA PEAK MUSICAL POWER OUTPUT PMPO POTENCIA DE PICO POTENCIA MUSICAL DE CRESTA Spitzenmusikleistung Enciclopedia de Audio


Figura 7

algunos equipos y a vec es en la prensa técnica . Se observa que las designaciones y sus significados son varios, motivo por el cual es necesario tomarlas muy en cuenta en su verda dera ac epción. Una letra o una palabra pueden modificar todas las características de un equipo, sobre todo en su valor comercial. Esto es desde luego uno de los motivos de esta abunda ncia de términos que puede a veces confundir al cliente. Como regla básica, pero no exclusiva ni excluyente, el usuario debe pensar que un equipo q ue habla de PMPO en sus especificaciones es en principio menos serio que otro que habla de POTENCIA RMS. El término PMPO es el más impresionante de los valores designados, pero también el menos correc to. En la figura 7 vemos los anuncios de tres equipos estereofónicos de la misma marca. Obviamente sólo uno está dirigido al mercado profesional, los otros dos son pa ra “Doña Rosa”, con el respeto debido que merece este término. Esto también permite ilustrar que el solo hecho de tener una marca determinada, por ilustre que sea, no Enciclopedia de Audio

ga rantiza un equipo d e máximas espec ificaciones. Estamos convencidos, desde luego, que las marcas serias entregan los equipos de acuerdo a sus especificaciones, pero es el consumidor quien debe decidir si las especificac iones de un equipo d eterminado son los que más le interesan. Para ilustrar este punto de vista señalamos que el equipo que se anuncia con una potencia RMS de 100 watt, en PMPO tendría 2,8 veces más: 280 watt. Con una a gravante, que es el porcentaje de la distorsión (Total Harmonic Distorsion = THD) de cada uno d e estos equipos. Si el equipo de 100 watt RMS cumple con la c ondición de una THD menor al 1%, puede considerarse de HiFi, pero si no es éste el caso, no entraría en esta categoría. Se observa que en el anuncio de la figura 7 no se menciona el valor del THD en ninguno de los tres equipos. El usuario deberá interesarse por este valor antes de comprar. Con respecto a la distorsión armónica total, es interesante también tomar en cuenta todo el con junto del equipo de audio, incluido el reproductor de casetes o discos que se piensa incluir en el mismo. Rec uerde que un disco C D tiene una distorsión menor al 0,003% y por lo tanto, conectar el lector de CD a un amplificad or de c arac terísticas mucho menores va a deslucir el rendimiento del CD en forma bastante severa. Con respec to al rango de frec uencias que debe cubrir el equipo de audio moderno dentro de una atenuac ión menor al 1,5dB, se indica actualmente límites de 20 a 20.000 hertz, ya que estos son los valores de las actuales plataformas digitales de audio. La industria del audio se ha adaptada a estos valores y la mayoría de los equipos excede ligeramente los mismos.

Figura 8

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Figura 9 cac iones muy espe-

ciales en el tema de alta fidelidad y sólo los productos que pasan airosamente por las pruebas que efectúa la entidad que representa al THX, pueden llevar este símbolo. Desde luego entran en la categoría del High End. Muchos amplificadores a válvula entran también en En cuanto a la influencia de los controles de to- la categoría del HiFi y High End, sobre todo en la no, que pueden alterar la respuesta en frecuencia actualidad, ya que este tipo de amplificador suedel equipo o, en su defecto, los ecualizadores grá- le ser diseñado expresamente para estas categoficos o paramétricos que se encuentran en mu- rías. En los capítulos siguientes nos ocuparemos de chos equipos o se agrega n a los mismos, debemos este tema con detalle y profundidad. señalar que los mismos pueden afectar el rendimiento en forma beneficiosa o perjudicial, según la posición de sus ajustes. En la figura 8 vemos una 1.5. La c a de na d e a m plifica ción de a udio lista de las frecuencias de audio, de las más bajas Una vez establecidas las normas de equipos de hasta las más altas, con la indicación de la influen- audio y su división en ciertas categorías de calida d cia que tienen en sus valores los diferentes ajustes. y prestaciones, podemos analizar más detenidaSe observa que un exceso o una falta de alguna mente los componentes que integran una cadena frecuencia puede afectar la calidad tonal del de amplificación de audio, cualquiera que sea su equipo en forma bastante pronunciada. categoría. En la figura 9 vemos en forma esquemática una Da tos espe cia les pa ra eq uipo s High End cadena típica de amplificac ión de a udio. El punto Algunos equipos modernos poseen prestaciones de partida en todas las cadenas es una fuente de que no están previstas en las especificaciones ori- audio, ya que el amplificador de audio sólo se ginales de equipos HiFi, pero debido al avance oc upa de amplificar y proc esar señales de audio, técnico del rubro audio HiFi y High End, estas pres- que, como vimos más arriba, se extienden de 20 a taciones son cada vez más frecuentes en los equi- 20.000 hertz, aproximadamente. De esta manera pos comerciales. De hecho, en la categoría High estos dispositivos de entrada , marca dos con (1) en End sólo entran como generadores de señal el dis- la figura, pueden ser pasadiscos para discos de co C D y la cinta magnética DAT. Los discos MD (Mi- audio de toda índole, incluidos discos analógicos ni Disc) y DVD (Digital Versatil Disc) no son por aho- LP (Long Play) de vinílico, discos digitales CD, MD, ra aceptados porque tienen sistemas de compre- DVD y otros, cinta magnética en casetes analógisión de señal y lo mismo sucede también con el cos CC (Compact casete) o digitales (DCC , DAT, DCC (Digital Compac t ca sete). etc.) o en carretes abiertos, micrófonos o sintonizaDel lado de los amplificadores y parlantes, sólo dores de A M o FM, o eventualmente de TV. Esta úlpueden aspirar a la categoría High End aquellos tima variante tiene especial importancia en las insque reúnen las especificaciones más exquisitas del talaciones del Tea tro del Hogar. En estas se usa rubro. Una de las categorías de equipos corres- muchas veces simples receptores de señales de ponde a los aprobados por el THX (Tomlinson Hol- audio y video sin dispositivos de display como tuman Experiment), que es un conjunto de especifi- bos de imagen o paneles de plasma o similares, 10



deb ido a que las señales de video c aptada s por el rec eptor o provistas por discos de audio/ video, c omo el disco DVD, por ejemplo, son exhibidas por medio de un proyector espec ial sobre una pantalla blanca, en forma similar al cinematógrafo. Una vez que las señales de audio entran a esta cadena de amplificación de audio con sus amplitudes e impedancias correc tas, son elaboradas en el sector (2) que actúa como preamplificador y controlador, a los efectos de plasmar en forma adecuada y en concordancia con el material entregado y el gusto del oyente, las señales de audio en c uanto a volumen y tonalida d. Este último a juste se puede efectuar en los equipos sencillos simplemente por el clásico control de tono que, en realidad, sólo afecta el recorte de agudos en su versión más simple o por ecualizadores paramétricos o gráficos, que dividen la banda de audio en varias sub bandas, que son elaborados en más o en menos por el ecualizador. De esta manera se puede acentuar o atenuar algunas frecuencias o bandas de frecuencia dentro d el espectro d e a udio y lograr efectos especiales al gusto del oyente. Una vez debidamente procesadas, las señales de audio son llevadas al amplificad or de potencia que las amplifica al nivel deseado en cada caso. El amplificador de audio de potencia puede funcionar sobre la base de semiconductores o sobre la base de válvulas. Estos últimos siguen en plena vigencia y son elegidos por un núcleo muy selec to de conoisseurs que aprecian debidamente algunas de las características que han permitido que los amplificadores de válvula hayan entrada en la categoría del High End. Mencionaremos aquí, por primera vez en esta obra, algunas de las causas que permiten a las válvulas llegar a este lugar de privilegio, pero más adelante analizaremos este tema con mayor detalle aun. En principio podemos observar que el sonido tan agradable y por muchos conocedores considerado “dulce”, se debe a que los amplificadores de válvulas, cuando producen distorsiones por algún motivo, estas distorsiones son armónicas pares de segundo orden. En cambio en los amplificadores sobre la base de semiconductores, las eventuales distorsiones que se pueden producir bajo las mismas circunstancias son del tipo de armónicas impares. Ahora bien, muchos pasajes de Enciclopedia de Audio

música poseen armónicas pares en función de su composición e instrumentación y estas armónicas pares se integran en forma plác ida al conjunto de la música, en cambio la presencia de armónicas impares puede introducir efectos desagradables y disonantes al oído musical de la mayoría de las personas. Este efecto es espec ialmente molesto en pasajes prolongados de música y es muy notable tanto por el oyente especializado c omo por el novicio. Debemos aclarar, desde luego, que este efecto se produce sólo en casos muy especiales, pero su presencia induce al amante de la buena música a privilegiar el amplificador a válvulas en contraste con el de semiconduc tores. Para dar una idea sobre la creación de armónicas en amplificad ores a válvula, podemos indicar que en una etapa a mplificadora de un triodo simple, por ejemplo una válvula 2ª3, la segunda armónica tiene una amplitud de –30dB (3,16%), la tercera armónica ba ja a –50dB (0,3%), la c uarta armónica ba ja a –70dB (0,03%) y la quinta armónica tiene una amplitud imperceptible (menor al 0,01%). El problema es más severo en otros tipos de amplificador y podemos anotar que las armónicas que mayor disonancia producen son la séptima, la novena, la décimo primera, y las armónicas 13, 14, 15, 17, 18, 19, 21, 22, 23 y 25. Con una frecuenc ia fundamental de 250Hz, la a rmónica N° 25 tiene una frecuenc ia de 6250Hz y es por lo tanto perfec tamente a udible. En los circuitos de audio basados en transistores también existen, desde luego, motivos para que apa rezca n distorsiones en la señal de audio de salida, pero en estos circuitos las causas pueden ser diferentes y las consecuencias también. En un circuito de audio típico pueden usarse circuitos casi complementarios para lograr una potencia más elevada y lograr un rendimiento mayor de los componentes activos. En estos circuitos pueden existir muy ligeras faltas de continuidad en la característica de transferencia en el punto de cruce, debido a una asimetría inherente en estas etapas. Estas pequeñas faltas de continuidad pueden sin embargo manifestarse como distorsiones de armónicas impares cuya presencia es sumamente molesta bajo el punto d e vista musical y, por lo tanto, muchas personas opinan que el amplificador a válvulas funciona mejor al no producirse distorsiones armónicas impares de importancia en estos 11

Válvulas y Semiconductores

Figura 10

circuitos. Conviene destac ar desde ya, que existen motivos por los cuales debemos cuida r más la realización de amplificadores de estado sólido que la de las válvulas. Con el cuidado y aumento de costo respectivo que ello implica, es factible realizar amplificadores de buena calidad tanto con semi-

conduc tores como con válvulas, pero conviene saber que con los transistores pueden presentarse problemas cuya solución deb e estudiarse muy cuidadosamente. El oído huma no es muy sensible a las armónicas impares que pueden producir disonancias en la música y, por lo tanto, el amante de la buena música tratará de usar el amplificador cuyo sonido le resulte más grato. Para ilustrar la importancia que se asigna a este tema en las marcas de mayor prestigio de equipos de audio, vemos en la figura 10 un reproductor de discos CD, en conjunto con un amplificador a válvulas de la marca Dynaco, que resalta una vez más este aspecto. La tendencia en equipos comerciales, de unir un reproductor de CD con un amplificador a válvulas, no es muy difundida, pero no nos consta que en la fabricación de un equipo “custom”, para un cliente en particular, esta modalidad no tenga una difusión bastante amplia. FIN


Capítulo 2

En este capítulo brindamos un merecido homenaje a las válvulas termoiónicas, ver- daderos valuartes de la historia del audio y causantes de los adelantos tecnológicos actuales, que han llegado de la mano de semiconductores, de los cuales también hablaremos. 2.1. Un poc o d e historia Cuando el 27 de agosto de 1920, a las 21 horas comenzó la primera transmisión comercial de radio El Mundo, desde el Teatro C oliseo d e la C iuda d de Buenos Aires, con la ópera Parsifal de Richard Wagner, ya se usaban válvulas en el transmisor rudimentario de Radio Argentina S.A. y semiconductores en los apenas 20 receptores repartidos entre amigos de los organizadores de este evento histó12

rico. Se a tribuye generalmente a la estación KDKA, de Pittsburgh, Estados Unidos, este honor, pero la verdad es que la transmisión de Radio Argentina tuvo lugar 10 semanas antes que la transmisión de KDKA. Lo que sucede es que esta radio de Estados Unidos tenía una licencia y efectivamente fue la que efectuó la primera transmisión de una estación con licencia. En cambio, Enrique Telémaco Susini y sus colaboradores en Radio Argentina Enciclopedia de Audio


transmitieron sin licencia, debido a que las autorida des argentinas aún no habían implantado el sistema de licencias. Cuando ello sucedió finalmente en 1923, la primera licencia le fue otorgado a Radio Argentina, pero en esta época ya existían también otras estaciones de radio que recibieron sus respectivas licencias. Tal es así que en 1922 se sumó a Radio Argentina otra p ionera, Rad io Cultura, y en 1925 existían en Buenos Aires ya 12 estaciones de radio y 10 más en el Interior. En 1930 se empezaron a organizar las cadenas de radio, entre éstas Rad io El Mundo, Radio Splendid y Radio Belgrano. Los receptores de radio de esta época fueron similares a la radio a galena de 1925, y a la radio a válvulas de 1931. En muchos casos esta última estaba acompañada por un tocadisco a cuerda pa ra discos de shellac de 78 RPM (revoluciones por minuto). Estos fueron los comienzos prácticos del audio y de la radio en el mundo, pero bajo el punto de vista téc nico-histórico debemos remontarnos a épocas más tempranas aún. Debemos rec ordar que los rec eptores de radio a galena funcionaban sobre la base de un detector semiconductor de cristal de galena de sulfuro de plomo (PbS) que, igual que otros semiconductores similares, efec tuaba la detec ción de las señales de radio moduladas en amplitud de esta época. El desarrollo de válvulas y semiconductores tiene sus rasgos paralelos y también sus discrepancias. Resulta sin embargo típico el dicho de uno de los técnicos de los Laboratorios Bell, el Ing. J . R. Pierce, quien había sido el que le dio el nombre a l transistor y quien manifestó que “La naturaleza aborrece a los tubo s a l vac ío” . Pierce se refería al hec ho que en el mundo en que vivimos no existe el vacío en forma natural, solo es producido por el hombre. En cambio, sí existen los conductores y semiconductores en forma natural. El silicio es el material más frecuente en esta tierra, ya que las montañas y la arena en la costa del mar, están constituidos por compuestos de silicio. Las objeciones y comentarios sobre proc esos de fabricación y obtención de materia prima no son sin emba rgo argumentos valederos cuando debemos evaluar las ventajas o desventajas de algún producto, al menos no por sí solos. Los automóviles tampoco existen en forma natural, pero nadie va discutir su utilidad. El progreso del hombre y de su Enciclopedia de Audio

civilización está basado justamente en aquellos desarrollos que alejan al hombre de su ambiente natural y lo hacen más elevado materialmente y espiritualmente que la simple, pero maravillosa, naturaleza que lo rodea. Al menos este autor quiere creer en esta circunstancia. Con respecto al nombre del “transistor” creemos conveniente hacer también un pequeño comentario. Estamos convencidos de que este nombre es muy adecuado para establecer la categoría del producto. El nombre del transistor es una conjunción de “transferenc ia” y “resistor” y se diferenc ia por completo de las designaciones usadas para válvulas al vacío que tienen nombres que terminan en “tron”, como “magnetrón”, “pliotrón”, “kenotrón” y otros en clara referencia a los “electrones” que se mueven en el espacio vac ío de las válvulas. En el caso del “transistor” se asimila su comportamiento al gran grupo de componentes, como el “resistor”, “inductor”, “capacitor”, “conductor” y “semiconductor”, donde en todos los casos existen ma teriales sólidos en los cuales se realiza el pasaje de los electrones. Creemos entonces que este nombre es el adec uado y debemos respetarlo. En la época en la cual se daba a conocer el nombre del transistor, una revista técnica argentina trataba de promover una campaña con la intención de modificar este nombre por razones no muy claras, presuntamente d e c arácter lingüístico, pero a nte la resistencia de los lectores se aprobó el nombre original y el tema muy pronto perdió todo interés y actualidad.

2.2. EL MUNDO DE LAS VALVULAS 2.2.1. Al co m ienzo e sta ba n los diodo s El motor que mueve las válvulas, es el efecto termoiónico descubierto por Edison en 1883. Este efecto es producido al calentarse un filamento metálico que despide electrones en este proc eso, que forman una nube alrededor de este filamento. Si se conecta una batería entre este filamento y una plaquita a cierta distancia del filamento, los electrones que escaparon del filamento son reemplazados por electrones que provienen de la batería y se establece una corriente entre el filamento y la placa. Esta disposición se denomina diodo. En la figura 1 vemos el esquema de varios tipos de 13


Figura 1

rrientes en contrafase. Este sencillo método constituye una rectificación de onda completa, mientras que un diodo único, sólo produce una rectificac ión de media onda. El uso de dos diodos en un circuito de rectificac ión de onda completa c omo el que vemos en la figura 2, aumenta entonces el rendimiento del circuito.

Figura 2 válvulas, entre ellos el diodo de calentamiento direc to e indirec to y otros tipos de válvulas que serán explicados a continuación. En este caso el filamento es llamado c átodo y es conectado al polo negativo de la fuente de tensión, mientras que la placa es llamada ánodo y es conectada al polo positivo d e la fuente de tensión. En muchos casos se usa un método de c alefac ción indirecta en el cual el filamento solo actúa como c alefac tor y no es el emisor de los electrones sino está rodeado de un cátodo que es el emisor. En muchos equipos de audio modernos se usan tanto válvulas con calefac ción direc ta (el filamento actúa como cátodo), como indirecta donde existe un filamento rodeado por un cátodo externo. Los materiales principales para el uso en estas funciones son los siguientes: filamento usa el tungsteno o el tungsteno toriado donde el metal del tungsteno posee impurezas de óxido de torio que es sometido a un proceso térmico que ubica los óxidos como una capa fina en la superficie del tungsteno. Para las válvulas de calentamiento indirecto se usa un cátodo de níquel o una aleación de níquel, que es cubierto por capas de bario y estroncio. Estos materiales capacitan el cátodo para una emisión muy abundante, aun con bajas temperaturas y, de esta manera, consume menos corriente y prolongan la vida útil de la válvula. El conjunto de filamento y ánodo o filamento, cátodo y ánodo está enca psulado en vidrio en un ambiente al vacio. Los diodos permiten el flujo de la c orriente en un solo sentido, del cátodo al ánodo. De esta manera permiten una rectificación de la corriente alterna que sólo puede c ircular en el semiciclo positivo. Sin emba rgo, es posible incluir dos diodos en el mismo recipiente de vidrio y entonces uno de los diodos permite la c irculac ión c uando el otro está bloqueado, debido a que son alimentados con co14

La alimentac ión de c orriente alterna a las placas de ambos diodos se realiza en contrafase, quiere decir que cuando un ánodo recibe un semiciclo positivo y conduce, el otro ánodo recibe el semiciclo negativo y no conduc e. De esta manera se duplica el funcionamiento de la etapa. En una frecuencia de red de 50Hz, el ciclo de trabajo de cada ánodo es desde luego de esta frecuencia, pero el ciclo de trabajo de la válvula en c onjunto es de 100Hz, ya que se produce conducción y rectificación en ambos semiciclos de la corriente alterna. El incremento de la frecuencia mejora las condiciones del filtrado ya que la componente residua l de 100Hz se deriva a masa a través de los ca pacitores de la fuente con mejor resultado en 100Hz que en 50Hz. Ejemplo de aplicac ión: Un capacitor electrolítico de 100 µF (microfarad) tiene una reactancia capacitiva XC = 1 / 2pfC de 31,8 ohms en 50Hz y de solo 15,9 ohms en 100Hz. Esto facilita el retorno de la componente alterna a masa. Los diodos permiten una rec tificac ión de corrientes alternas de una gama muy amplia de frec uencias, tanto para los 50 hertz (Hz) de la corriente eléctrica domiciliaria, c omo para señales de radiofrecuencia de prácticamente cualquier frecuencia. La construcción de los diodos debe adaptarse, sin embargo, a su frecuencia de uso y puede ser muy distinto para 50Hz que para 10 megahertz (MHz). Enciclopedia de Audio


Algunas válvulas rec tificadoras no poseen un vacío sino c ontienen en su interior un gas. Estas válvulas diodos con gas poseen una resistencia interna muy ba ja y su salida puede ser más constante que las rectificadoras al vacío. Se usan en aplicaciones especiales.

da a la grilla. Esto constituye una amplificación de la tensión de grilla. Cuando esta tensión es una señal de audio o radiofrecuencia, la c orriente de plac a es un fiel reflejo de esta señal. Tenga en cuenta sin embargo, que la tensión de plac a es más alta cuando no hay corriente y más baja cuando sí hay corriente de placa, debido a la caída de tensión producida 2.2.2. Los triodos en la resistencia de carga, como vemos en la figura Muy pronto se pensó que debía ser posible regu- 4. Esto significa que la tensión de placa está invertilar el flujo de electrones entre cátodo y ánodo, lla- da en 180 grados (en contrafase) con respecto a la mado también corriente d e p lac a. Para este fin se tensión de grilla. La válvula triodo amplifica e invierintercala en el camino de los electrones un tercer te en la placa la señal aplicada en la grilla. Ambas electrodo, la grilla, que permite una regulación de propiedades son usadas en diferentes aplicaciones la corriente de placa debido a que una tensión prácticas de las válvulas. negativa rechaza El comportamiento de c ada triodo depende de Fig. 3 los electrones que su c onstrucción interna, la superficie de los electrotienen la misma dos y sobre todo de la distancia entre ellos. Tampolaridad. En bién intervienen los valores de tensión de grilla y cambio una ten- placa que permiten usar y la corriente de placa sión menos nega- que toleran. Estos factores pueden expresarse en tiva o cero o posi- forma matemática por medio de tres magnitudes: tiva ofrece dife- Factor de amplificación “m”, Resistencia interna rentes grados de “Ri” y Pend iente “S” de la válvula. En algunos marechazo y aun de nuales de válvulas se usa las letras gm en lugar de atracción para S, pero ambos símbolos significan transconductanlos electrones cia o pendiente. emitidos por el Estos tres parámetros están relacionados entre sí cátodo. En la figura 3 vemos este tipo de construc- por medio de la siguiente expresión que fue introción que da lugar al triodo por el uso de tres elec- ducida por Barkhausen: trodos: Cátodo, Grilla y Plac a. Mientras la polarización de la grilla se mantiene µ = Ri . S en el rango negativo, la misma no consume corriente alguna y la tensión aplicada a la grilla pueSe define el factor de amplificación como la rede ser muy débil. No obstante, en la placa sí existe lación de las variac iones en las tensiones de grilla y una corriente que es función de la tensión aplica- de placa para lograr el mismo cambio en la corriente de placa. Si una variación de 2 volt en la Figura 4 tensión de grilla produce el mismo cambio en la corriente de plac a q ue un ca mbio de 40 volt en la tensión de plac a, entonces el fac tor de amplificación m es 20. Se suele expresar esta situac ión de la siguiente manera. µ = ∆ Up / ∆ Ug, donde ∆ Up es la variación en la tensión de placa y ∆ Ug es la variación en la tensión de grilla que produce la misma variación en la corriente de placa Ip. De lo expuesto surge que m = Ri / S =∆ Up / ∆ Ug. Estas relaciones permiten hallar también a Ri y a S de la siguiente manera. Con tensión de grilla constante: Enciclopedia de Audio

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Ri =∆ Up / ∆ Ip y la pendiente S, también llamada transconduc tancia y expresada en mA/ V, es la siguiente S = m / Ri =∆ Ip / ∆ Ug. En muchos casos la transconductancia es expresada en microsiemens (µS) que es equivalente al mA/ V, guarda ndo las dimensiones. Por ejemplo una transconductancia puede ser de 3 mA/ V = 3000 mS =3000 micromho. La transconductancia o pendiente expresa en cuantos miliamperes (mA) va a cambiar la c orriente de placa Ip por cada volt de c ambio en la tensión de grilla Ug. Los valores definidos de m, S y Ri permiten evaluar el comportamiento de cada válvula en el puesto de trabajo en el cual deseamos disponerla. Una válvula puede funcionar como amplificadora de tensión para incrementar el valor de la amplitud de la señal o puede funcionar como amplificadora de potencia para lograr el valor de potencia que necesitamos en un determinado equipo para excitar los parlantes y en cada caso se necesitan válvulas diferentes, adecuadas para esta función. Existen otras aplicaciones de válvulas, como por ejemplo su función de osciladora, mezcladora o adaptadora de impedancias y en cada caso es nec esario seleccionar cuida dosamente la válvula adecuada para esta función. El valor de la frecuencia de trabajo es, sin duda , también un parámetro importante que influye en forma decisiva en la selecc ión de cada válvula. Los valores de Ri, S y m pueden representarse en forma gráfica de tal manera que de este conjunto de parámetros se pueden sacar importantes deduc ciones soFig. 5 bre el comportamiento de cada válvula en cada función. En la figura 5 vemos una curva típica para un triodo amplificador de tensión. En este gráfico vemos la relación entre corriente de 16

placa y tensión de grilla con el valor de la tensión de placa constante. Se observa que sólo una parte de este gráfico sigue una línea recta, la parte inferior es significativamente curvo. Esto implica que debemos hacer trabajar esta válvula de tal manera, que sólo se desarrolle la señal en la parte rec ta de la característica para evitar distorsiones severas. Se logra este trabajo por medio de una polarización adecuada en grilla, de tal manera que el punto de trabajo se ubique en el centro de la parte recta. En un caso típico sería en –3 volt, siempre que la señal de entrada aplicada a la grilla tenga una amplitud menor a 6 volt de cresta a cresta. Un valor de 5 volt cresta a cresta sería adecuado. Para hallar la ganancia de una etapa a válvula se puede usar una expresión muy sencilla que es aplicable a c ualquier tipo de válvula. La ganancia G es entonces: G = (m . Rp) / (Ri + Rp), Donde G es la gananc ia de la etapa m es el fac tor de amplificac ión Rp es el resistor de carga que se encuentra en serie c on la Plac a Ri es la resistencia interna de la válvula. Las magnitudes m y Ri son las que ya habíamos visto más arriba como pa rte de la fórmula de Barkhausen y Rp es un valor que debemos establecer en el diseño de la etapa. En muchos manuales sobre válvulas se indican los valores recomendados pa ra diferentes tensiones de plac a y otras consideraciones. Cuando se usa las válvulas para amplificar frecuencias altas, el valor de la c apac ida d interelec tródica empieza tener importanc ia. Si bien este valor es reducido, tal vez de sólo 2 picofarad (micro micro farad), este valor puede ser importante en una frecuencia de 100MHz. Como se sabe, la reactancia capacitiva en ohms se expresa como Xc = 1 / 2pf. C. En consec uencia un c apac itor de 10 picofarad tiene una reac tancia c apac itiva de 159 ohms en 100MHz. A su vez un capa citor de 2 picofarad tiene en las mismas condiciones 795 ohms. Este valor puede ser significativo en un circuito de radiofrecuencia y, desde luego, va a ser más ba jo aun en frec uencias más altas. En muchos amplificadores de audio se usan triodos de potenEnciclopedia de Audio


cia en la etapa d e salida debido a las características excelentes de este tipo de válvula en esta posición. Los triodos de potencia más frec uentes son: 211, 300B y similares, 3CX300A1, 572, SV572, 811, 2A3, SV811-10 y otros. 2.2.3. El tetrodo Para reducir la capacidad interelectródica en válvulas se introdujo una grilla más, entre la grilla de señal y la plac a. Este tetrodo de c uatro elec trodos posee un comportamiento mejor en altas frecuencias debido a que se divide la capac idad entre placa y grilla en dos capacitores en serie, lo que reduce su valor real. En la figura 6 vemos este efecto de la grilla pantalla, en forma esquemática. En este caso se produce otro fenómeno deb ido a la polaridad positiva de la grilla pantalla. La

Figura 6 misma atrae de nuevo algunos electrones que rebotan de la plac a y esto es considerad o una emisión secundaria de características indeseadas. 2.2.4. El pe ntodo Para eliminar la emisión secundaria fue necesario introducir una tercera grilla, la grilla supresora que tiene polarizac ión de c átodo y por lo tanto rechaza los electrones sec undarios, que son emitidos por el rebote en la placa. La grilla supresora impide que la grilla pantalla reciba electrones secundarios. En la figura 7 vemos el aspecto constructivo de una válvula pentodo. En la figura 8 vemos un circuito básico con pentodo. Se observa que solo la grilla y la placa tienen presenc ia de señal. En el cátodo, en la grilla supreEnciclopedia de Audio

sora y en la Figura 7 grilla pantalla, las señales que pudiesen presentarse en estos electrodos son desacopladas a masa mediante sendos capacitores o conexiones directas a masa. El valor capacitivo de ca da uno de los capacitores de desacople debe ser tal que constituya una reactancia reducida en la frec uencia de trabajo de la válvula. En audiofrecuencias se nec esitan valores de cap ac ida d altos, a veces de varios microfarad, que son suministrados por capacitores electrolíticos, en cambio en Radiofrecuencias se usan valores mucho más reducidos, a veces de cerámica o de mica, de acuerdo al valor de la frecuencia. También debemos rec ordar que la finalidad original de la introducción de otras grillas auxiliares, como la grilla pantalla y la grilla supresora, fue la

Figura 8

de reducir la capac idad entre grilla de señal y placa. Efectivamente, esto se logró ampliamente ya que un pentodo típico de radiofrec uencia sólo tiene una ca pacidad de 0,006 picofarad en lugar de los 1,5 a 2 pf que tiene un triodo, una reduc ción de más de 300 veces. Recordemos que este aspecto 17


es más importante en radiofrec uenc ias que en audiofrecuencias. Se demuestra sin embargo la enorme versatilidad de las válvulas en todos los ámbitos de audio, radio y TV. También indica la importanc ia que tienen estos factores en el diseño, para ubicar en cada etapa la válvula más indicada y apta y también en el service al mostrar la necesidad de reemplazar en cada c aso una válvula con el reemplazo directo o similar recomendado. No podemos colocar una válvula de audio en un lugar de una válvula de radiofrecuencia, si ello no está indica do por el fabricante.

donde había un electrón que no está más, pero que al desaparecer deja un lugar libre (el agujero) que puede ser ocupado por el primer electrón que viene de paso. Esto sería lo mismo que una carga positiva que atrae forzosamente al electrón que tiene carga negativa. Una vez establecidos los conceptos de electrones y agujeros como portadores igualmente válidos de fenómenos eléctricos, la ac ción interna del transistor resulta más fácil de explicar, como veremos a continuación. Los materiales, en general, podemos dividirlos en tres grupos ba jo el punto de vista de su comportamiento frente a la electricidad: conductores, aisla2.3. EL MUNDO DE LOS SEMICONDUCTORES dores y semiconductores. Aun cuando muchos de los materiales poseen características bien definidas como conductores (cobre, aluminio, plata, 2.3.1. D iod os y tra nsistores Los diodos semiconductores fueron conocidos oro, etc.) o como aisladores (porcelana, vidrio, antes de existir las válvulas termoiónicas, pero el caucho, materiales plásticos, mica, etc.), hay otros desarrollo y la comprensión teórica del funciona- materiales en los cuales el grado de conductivimiento de dispositivos semiconductores tardó mu- dad puede ser alterado por medio de la introducchos años en aparecer. Cuando los inventores del ción de impurezas. El germanio puro, por ejemplo, transistor, el primer semiconductor que podía am- es un aislador, pero al introducir impurezas del tipo plifica r, pub licaron su invento en 1947, las implican- del boro, aluminio u otros, se obtiene un material cias de este invento no fueron reconocidas en for- que ya no es un aislador perfecto c omo el germama inmediata, pero los hechos convencieron a nio puro, pero tampoco se transforma en c onduc todas las partes interesadas que estaban en pre- tor perfec to. Para ilustrar este c oncepto podemos sencia de un dispositivo de gran importancia. mencionar que diferentes materiales poseen difeLo que más impresionaba a todos fue la diferen- rentes valores de resistividad, expresada en ohmcia de tamaño entre válvulas y dispositivos semi- cm. El germanio puro cristalino posee una resistiviconductores de similares prestac iones. dad de 60 ohm/cm, la mica, un aislador, tiene 9 x El funcionamiento de los dispositivos semicon- 1015 ohm/cm y el cobre un buen conductor tiene ductores está basado en las propiedades físicas 1,7.10-6 ohm/cm. de los materiales usados, que son materiales sóliSe c onsidera el germanio c on impurezas, del tipo dos y no requieren, para su existencia, el vacío boro, etc., como semiconduc tor del tipo “p”, debique caracteriza a las válvulas con emisión electró- do a que los materiales mencionados poseen en nica. Este concepto explica los motivos por los su estructura atómica menos electrones que el cuales se denomina muchas veces esta parte de germanio y, de esta manera, se producen “agujela Electrónica como de Estado Sólido. ros” que atraen electrones. Por otra parte, si las imSiempre pensamos que la c irculac ión de una co- purezas agregadas al germanio son de otro tipo rriente, tanto en conductores, como la emisión que posee más electrones que el germanio puro, elec trónica en el vacio, es el fruto de electrones en por ejemplo arsénico o antimonio, se obtiene un movimiento, siendo para todos los fines prácticos material semiconduc tor del tipo “n”, en el cua l hay los electrones portadores negativos de electrici- un exceso de elec trones que fac ilita la c irculac ión dad. Sin embargo, en un análisis científico más ri- de una c orriente. guroso, debemos admitir que pueden existir porta También, los materiales del tipo “n” se denomidores positivos que serían una contraparte positiva nan donores y los del tipo “p”, ac eptores. del elec trón y que se pueden llamar “agujeros”, de En el transistor y en muchos otros semiconductoesta manera indican que el agujero es el lugar res en realidad el funcionamiento depende de la 18



introducc ión d e imperfecc iones controlada s, cuyo estudio no es objeto de esta obra. Son estas imperfecciones las que proveen los portadores necesarios para el funcionamiento de los semiconductores. Las imperfecciones pueden ser impurezas químicas, energía radiante o disposiciones atómicas desordenadas. Quién desee bibliografía detallada sobre los fenómenos que se llevan a cabo en los semiconduc tores puede recurrir al texto: “Electrónica Aplicada”, de esta editorial. En esta obra se asume que el lector posee nociones básicas de estos temas. En la figura 9 vemos los símbolos que se usan en los diagramas de circuito y que c orresponden a los transistores bipolares de juntura (BJ T) del tipo “P” y del tipo “N”. También vemos los símbolos circuitales pa ra diodos semiconduc tores comunes y del tipo zéner. El transistor de juntura es, bajo todo punto de vista, un dispositivo de amplificación de corriente, contrariamente a lo que sucede en las válvulas que básicamente son amplificadores de tensión. Sin embargo, existen también otros tipos de transis-

Figura 9

J FET (J unction-gate Field Effec t Transistor = transistor por efecto de campo en juntura de compuerta), el MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor = transistor por efecto de campo en semiconductor de óxidos metálicos) y el IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor = transistor por efecto de campo c on compuerta aislada). El denominador común en estos tres tipos de transistores es el efecto de c ampo que reemplaza la c orriente de juntura. Debido a esta circunstancia se suele denominar este tipo de transistor, a veces, unipolares, en contraposición con los transistores bipolares convencionales, que habíamos tratados al c omienzo d e este capítulo. La importancia de los tramsistores de efecto de campo es tan grande que son prácticamente los únicos que se usan en los procesadores de gran envergadura que entran en aplicac iones de c omputac ión y otras similares. En la figura 10 vemos el esquema básico de un transistor por efecto de campo que posee tres electrodos externos, Gate (compuerta), Drain (drenaje) y Source (surtidor), similar en este aspecto al transistor bipolar, pero completamente diferente en su construcción y concepto. El diseño del MOS-FET de esta figura corresponde al tipo de trinchera. Los MOS-FETS más pequeños en el interior

Figura 10

tores que usan los mismos materiales básicos en su construcción pero, debido a un conc epto diferente, ésta ofrecen características similares a las válvulas en algunos aspectos. Algunos de estos transistores son los de efecto de campo. En estos transistores no se usa la corriente de juntura para inyectar portadores en el material semiconduc tor, sino por el contrario se hac e uso de c ampos eléctricos, que reemplazan la corriente y que son intrínsecamente efectos de tensiones. Se destacan entre estos tipos de transistores el Enciclopedia de Audio

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de un circuito integrado VLSI (Very Large Scale Integration = integración en escala muy elevada) pueden tener un tamaño similar a la 1/75.000 parte de un cabello humano. Repetimos: 75.000 transistores discretos MOS-FET caben en el ancho de un cabello humano. El diseño del MOS-FET de esta figura corresponde al tipo planar. En el procesamiento de señales de audio se usan los MOS-FET´s generalmente en forma discreta, ya que muchos de los circuitos integrados para audio son dispositivos del tipo b ipolar. Estos transistores son muy empleados en c ircuitos integrados digitales. Debemos indicar, desde luego, que las configuraciones en compuertas lógicas solo son aplicables a usos digitales y no a una amplificación lineal de señales ana lógicas. Sin embargo, esto no es obstáculo para usar este tipo de conexionado en procesadores digitales de audio o de cualquier otra señal digital (video, datos, etc.). Para lograr densidades cada vez mayores en la construcción de transistores MOS es necesario recurrir a un proceso de dimensionamiento llamado, en inglés, “scaling” (reproducción en escala). Este proceso posee, sin embargo, límites en cuanto a varios parámetros, como la extensión de surtidor-drenaje (SDE), la profundidad de la juntura y la longitud dela compuerta. El dimensionamiento de estos parámetros permitió reducir la compuerta MOS de 10 µm en los años 70 a 0,1 µm en los días ac tuales. Los límites para este “scaling” surgen de la tabla 2. Debajo de la profundidad de 2,3 nm de la capa tradicional de SiO2 existen límites fundamentales debido al efecto túnel y resulta necesario buscar otros ca minos. También longitudes inferiores de 0,1 µm en la compuerta son inac eptables en la ac tualidad. El límite de una tecnología de 0,13 µm en contraste c on la actual de 0,25 µm será alcanzad o en el año 2002 y con ello terminará el ciclo de la

tecnología actual. No obstante estas limitaciones para el siglo XXI, se vislumbran nuevas tecnologías y nuevos materiales cuyo desarrollo no está aún definido y cuyo tratamiento escapa el marco de la presente obra. El transistor MOS-FET puede usarse también en circuitos analógicos, como transistor de potencia, que tiene las mismas características que se destacan en el transistor unipolar por efecto de campo. Entre ellas figuran una impedancia alta en el circuito de entrada, una elevada corriente de conmutación y otras características, como vimos más arriba. Podemos considerar como dispositivo de potencia, aquéllos que poseen una capac idad de conmutac ión de c orriente de 1 ampere o más. Recuerde que en un transistor bipolar, esta capacidad es perfectamente obtenible, pero al precio de una componente de c orriente de entrada que puede llegar al 20% de la corriente total. En el transistor MOS-FET de potencia, con su elevada impedancia de entrada, esta corriente es irrelevante. Otro aspecto desfavorable en las etapas de potencia con transistores bipolares es la posibilidad de un escape térmico, debido a la avalancha de portadores que puede presentarse bajo ciertas circumstancias. En los transistores del tipo MO S-FET este problema no existe. Por todos estos motivos se utilizan estos transistores en muchos equipos de audio en la etapa de salida de potencia. Entre otros, Motorola y Pioneer propician esta tendencia.

El lec tor de be tener en cue nta que co n esta g uía ti- tulada “Enciclopedia de Audio”, pretendiendo resu- m ir la m a yor ca ntida d d e informa ción posible a tinen- te al “AUDIO”, tenemos en cuenta que más detalles de ca da tem a tratad o, los pued e enc ontrar en los textos: “Curso Completo de Audio Hi-Fi”, “Electrónica Aplicada” y “Equipos de Audio Moderno” (todos de esta ed itoria l), uno d e los cua les se obsequia con esta obra; los TABLA 2. Los lím ites en el sc a ling d e tra nsisto res MOS. otros puede adquirirlos en nuestras oficinas o en las principales CARACTERÍSTICA LIMITES MOTIVOS librerías de Argentina. Tal como Espesor del óxido 2,3 nm C orriente de fuga (IGATE) comentamos en el prólogo de Profundidad de la juntura 30 nm Resistencia (RSDE) esta edición, intentamos dar un Dopado del canal VT=0,25 V Corriente de fuga (IOFF) pa ntallazo general a ca da tem a SDE en difusión 15 nm Resistencia (RINV) e indicamos que un desarrollo Longitud del c anal 0,06 µm C orriente de fuga (IO FF) má s detallado puede en c ontrar- Longitud de compuerta 0,10 µm Corriente de fuga (IOFF) se e n la s ob ra s de referenc ia . FIN

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Amplificadores de Audio

Am p l i f i ca d o res d e Au d io

Capítulo 3

En este capítulo haremos referencia a los diferentes circuitos que se encargan de "acomodar" la señal de audio procedente de una fuente de señal definida, para que pueda excitar una etapa de salida. También describiremos los distintos modelos clási- cos de las etapas de potencia.

C ontroles de tono

que los parlantes reciban una señal eléctrica plaLos controles de tono son c ircuitos que se encar- na para toda la banda d e audio. gan de modificar la respuesta en frecuencia del Se debe tener cuidado en la manipulación de amplificad or con el objeto de c ompensar las defi- estos controles, pues puede ocurrir que la sala uticiencias de los micrófonos, salas de audio y par- lizada absorba bastante las señales de baja frelantes. Si estos elementos fuesen perfec tos, el eq ui- cuenc ia y muy poco los tonos altos; en ese c aso se po reproduciría exac tamente la onda ac ústica ori- debe realzar los bajos y atenuar los altos. Pero las ginal y no serían necesarios los controles de tono. circunstanc ias pueden ser otras y la posición de los Un control “ideal” de tonos sería aquel que per- controles también cambiará. Por lo tanto, en mamite variar la ganancia del amplificador para nos de aficionados este tipo de equipos puede no cualquier frecuencia del espectro audible a los lí- ser efectivo ya que un control de contornos profemites que fije el usuario, de foma tal de conseguir sional posee dos elementos de ajuste por cada oc una respuesta perfec tamente plana sin importar la tava musical lo que hac e un total de más de veinrespuesta en frecuencia del transductor de entra- te potenciómetros para ecualizar la respuesta en da. El control de tono que se a semeja al idea l, por frecuencia de un sistema amplificador. ser casi perfecto, se denomina “control de contorPara fijar su posición se deben tener en cuenta no” pero técnicamente se lo c onoce c omo “Ecua- varios aspec tos, como ser: las carac terísticas de la lizador Gráfico” que utiliza un gran número de va- sala que se está usando y la c antida d d e personas riables (generalmente potenciómetros) que ope- en su interior, la disposición de las cajas acústicas, ran independientemente sobre pa rtes distintas del el tipo de señal que se está amplificando, etc .; si a espectro audible. esto le sumamos el hecho de que la respuesta auEstos elementos variables suelen ser controles ditiva de todos los oyentes no es la misma, podedeslizantes, tal que su forma relativa para un c aso mos deduc ir que el manejo de este equipo requieparticular se asemeja bastante a la curva de res- re de una buena experiencia previa. puesta en frecuencia del equipo, lo que permitirá Un detalle más a tener en cuenta es que puede ocurrir que quien maneje el equipo no escuche bien los tonos altos y por eso los realza sin tener en Figura 1 cuenta que lo que pa ra sus oídos se escucha bien, para el resto de las personas estará “recargado” en tonos agudos. Si se dispone d e instrumentos de medida se puede conseguir que el ecualizador gráfico rinda en Enciclopedia de Audio

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Figura 2 se encuentran en la mitad del recorrido, ninguna modificación introducen en la respuesta en frecuencia; por lo tanto, al efectuar alguna grabación, dichos controles deben estar en la posición central (no realza ni atenúa). Los controles de tono deben diseñarse para que el movimiento en el control de agudos no modifique la respuesta en bajos y viceversa. Existen dos tipos bien definidos de controles de tono: todo su potencial, aunque no se cuente con gran experiencia. Los controles de tono pueden atenuar o enfatizar señales de frecuencias determinadas en un rango variable entre 10dB y 20dB. No es necesario contar con refuerzo o atenuaciones superiores ya que se desea contar con un sistema que corrija la respuesta en frecuencias del amplificador y no que introduzca distorsiones. Existen dos factores fundamentales que definen al control de tono, a saber: a) frecuencia en la cual el control comienza a operar; b) cantida d de refuerzo o atenuación que puede suministrar el control para cada frecuencia. Lo ideal es que estos factores puedan seleccionarse independientemente, pero esto es caro y sólo lo utilizan determinados equipos profesionales. En general se utilizan sistemas cuya ley de variación de la gananc ia con la frec uencia es una recta c on pendiente determinada (normalizada), cuya frecuencia de inicio de funcionamiento se selecciona por el control de mando. Ejemplo 1 Se tiene un c ontrol de tono que eleva la ga nancia para señales de a lta frec uencia que opera entre 5kHz y 10kHz, con una pendiente de 6dB por oc tava a partir de la frec uencia de transición. Esto quiere decir que cada vez que se duplique la frecuencia correspondiente a una octava en la escala musical, la gananc ia se duplicará (figura 1). Un buen c ontrol de tono se utiliza para efectuar pequeñas correc ciones en la respuesta en frecuencia, como por ejemplo realzar los graves o atenuar un pico en la zona de los agudos. Cuando los controles de tono

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a ) C ontrol Pasivo b) Control Activo

La red pasiva se conecta entre dos etapas amplificadoras, que trabajan con un nivel de señal elevado (1 volt), mientras que la red activa forma parte de un lazo de realimentación del preamplificador.

C ontroles de tono pa sivos Los controles pasivos de tono consisten en un conjunto d e resistores y capa citores asoc iados (los resistores generalmente son potenciómetros) que atenúan en general todas las frecuencias para luego enfatizar una p orción d el espec tro audible, ya que, atenuándose esta zona menos que al resto,se logra realzar la porción de frecuencia enfatizada. Un control pasivo de tono por pasos consiste en seleccionar un capacitor por medio de una llave selectora; luego en función del ca pacitor elegido, variará la constante RC del circuito y con ésta, la respuesta en frec uencia de la relación eo/ei de la figura 2. Si se desea que la variación en la respuesta del control sea continua, en lugar de cambiar capacitores se utiliza un potenciómetro como elemento de ajuste, lo cual permite un rango de operación previamente establecido (figura 3). En este caso, al variar R, varía la frecuencia de transición del filtro; es de construcción sencilla y Figura 3 económica. Si se d esea mantener constante la frecuencia de transición (punto en que comienza a ac tuar el filtro) y variar la pendiente de atenuación, al filtro de la figura anterior se le realiza una pequeña modifiEnciclopedia de Audio


cac ión que c onsiste en intercalar un resistor variable en serie con C que controlará la pendiente de atenua ción del filtro (figura 4). En el circuito mostrado, la frecuencia de transición está dada por R1 y C mientras que R2 define la pendiente de atenuación del circuito. Por ejemplo, si R2 = ∞ se supone que el circuito no a tenúa ninguna frec uencia ya que no hay camino a masa para ninguna señal. Si R2 = 0 ohm, la pendiente de a tenuac ión la define R1 y C (figura 5). En este circuito la frecuencia de transición se calcula mediante la siguiente fórmula:

con los siguientes datos: R1’ = 31.800 ohm R2 = 10.600 ohm C = 0,01µF ft = frec uencia de transición; es el punto en que comienza a trabajar el filtro.

Reemplazando valores: 1 ft = ————————————— ≈ 500Hz 6,28 . 31.800 . 0,01 . 10 -6 R2 10.600Ω 1 Pte = ——— = ———— = ——— ⇒ 12dB/octava R1 31.800Ω 3

1 ft = ———————— 6,28 x C x R1’ Donde: ft = Frec uenc ia de transición en “hertz” C = Capac idad en “farad” R1 = Resistencia conectada en serie con la señal dada , en “ohm” Debemos tener en cuenta que en esta fórmula R1’ será la suma de R1 y la resistenc ia interna de la fuente generadora de señal. Para obtener la pendiente de operación deseada se utiliza la gráfica mostrada para este tipo de circuitos, donde R2 se calcula a partir del valor de R1’ y de la pendiente elegida. Para dar un caso general, en la gráfica se han dibujado los valores expresados en multipolos de ft. Ejemplo 2 Calcule la frec uencia de transición y la p endiente de atenuación de un filtro pasivo pasa bajos

Figura 5


Figura 4

Corresponde a un filtro con una atenuación de 12dB por octava c on una frec uencia de transición de 500Hz. Ejemplo 3 Este mismo análisis puede efectuarse con una red pasiva pasa altos (rechaza bajos), donde debe colocarse un circuito RC en el camino de la señal con constante de tiempo variable, pues el capacitor ofrece menor impedancia en la medida que aumenta la frecuencia de trabajo. Para entender el funcionamiento de este filtro, sea el siguiente circuito pasa altos (figura 6). En este circuito, si R2 = 0, la atenuación es constante para todas las frecuencias y proporcional a la relación:

R1 ———— R1 + Rt mientras que para R2 = ∞ , la pendiente de atenuación para bajas frecuencias es máxima, ya que C define el paso de la señal (figura 7). En este circuito existe una pérdida de inserción que es distinta, según la frecuencia de que se trate, dependiente de la posición del cursor de R2. O sea que el circuito atenuará más o menos según sea el valor de R2. En los gráficos vistos, la atenuación está expresa23


da en dB y se calcula mediante la siguiente fórmula:

ducirían sucesivas atenuaciones hasta llegar a 25dB por debajo de la ganancia nominal para eo una frecuencia superior a los At = 20 log ——— 3.200Hz. ei Es peligroso amplificar (reforzar) en exceso frecuencias supeNos preguntamos ahora, riores a los 200Hz pues si bien ¿cóm o se p ued e e fec tuar un a rreg lo pa ra tene r en pueden parecer muy agradables los tonos graves un m ism o c ircuito e l control de grave s y a gud os sin emitidos por una orquesta, la voz humana se torna que el mo vim ie nto de un co ntrol a fe cte la re spue s- pastosa, como si el que hablara tuviera la cabeza metida dentro de una c aja, lo cual quita fidelidad ta del otro?, ¿Qué valores elegiremos como frecuencias de al sistema de audio, pues cualquier oyente se daría cuenta de esta situación. Por lo tanto, no contra nsic ión d e se nd os filtros? En la c urva de respuesta en frec uenc ias del filtro viene reforzar en demasía tonos bajos superiores a pasabajo estudiado, se observa que con máxima los 200Hz. La voz humana también adquiere matipendiente de atenuación existe una disminución ces desagradables cuando se refuerzan tonos en la ganancia de 25dB entre las frecuencias ft y agudos por debajo de 1.000Hz. 16ft, pero: Es decir, en principio conviene fijar las frecuen¿qué frec uenc ia elegimo s co m o ft? cias de transición de la siguiente manera: Si ftg (frecuencia de transición del control de graves) es superior a los 200Hz dejaríamos pasar las ftg = frecue nc ia de transición d e g raves = 200Hz frecuencias bajas hasta esta frecuencia y se introfta = frec uenc ia de transición d e a gud os = 1000Hz

Figura 6

Figura 7

Figura 8

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Esto quiere decir que el control de graves tiene respuesta plana hasta 100Hz (ft/2) y atenúa la gananc ia para frec uencias superiores, mientras que el control de agudos produce una atenuac ión de señales hasta una frecuencia de 2.000Hz (2 ft), punto a partir del cual no hay atenuación (figura 8). Si se desea una diferencia bien apreciable en el tono al variar los controles de graves y agudos, sin importar demasiado la fidelida d de la voz humana se sube ftg una octava y se baja una octava fta, es decir: ftg = 400hz y fta = 500Hz. Con el objeto de tener una buena separac ión entre el filtro de graves y el filtro d e agudos (menor interacción entre los controles) suelen utilizarse estos circuitos intercalándolos en distintas etapas del preamplificador. Este, aunque es efectivo, no se ac ostumbra emplear en amplificadores comerciales. Suele utilizarse una celda donde ambos controles (graves y agudos) se sitúan Enciclopedia de Audio


Figura 12

Figura 9

Supongamos que el control de graves se encuentra al máximo (R4 queda en paralelo c on C 3, y C2 queda cortocircuitado). Nótese que las frecuencias bajas circularán hacia la salida con mayor facilidad a causa de que ha sido eliminado cortoc ircuitado- el c apac itor C2 (figura 11). En este movimiento no hemos analizado lo que ocurre con la rama superior ya que hay un capaFigura 10 citor (C1) en serie lo q ue dificulta el paso de las señales de baja frecuencia. Realice el mismo análisis dibujando los circuitos en el mismo circuito, eligiendo cada control con una frecuencia de transición tal que no se super- equivalentes para el caso en que el potenciómetro de graves se encuentre en el mínimo, repitienpongan (figura 9). Si bien los controles pasivos son todos atenuado- do el estudio con el control de agudos; de esta res, puede construirse un sistema que posea una manera entenderá perfectamente el funcionarespuesta plana (se atenúan las señales de todas miento de este circuito. Sólo cabe acotar -para facilitar el análisis- que las frec uencias por igual) cuando los potenciómetros se encuentran en la mitad del rec orrido, y lue- C1, R5 y C4 forman el filtro de agudos y R1, C2, R2, go, un giro hacia la izquierda provoque una ate- C3 y R3 constituyen el control de graves. Veamos en la figura 12 cómo son las curvas de nuación y un giro hacia la derec ha permita reforrespuesta en frecuencia del circuito estudiado. zar un rango del espectro audible. En este caso, el nivel de referencia (0 dB) no coUn circuito de control de tono combinado con estas características sería el que vemos en la figu- rresponde a la tensión de entrada ei, sino q ue será una señal de menor valor que se obtiene c uando ra 10. En general, un giro horario implica un refuerzo y los controles se encuentran en la mitad de su rec oun giro antihorario provocará una atenuación. En rrido. Analicemos un control de tolos diagramas esquemáticos, una Figura 11 nos pasivo utilizado comúnflecha sobre la corredera del pomente en circuitos comerciales tenciómetro indica hacia dónde (figura 13). se mueve el cursor cuando se gira Se trata de un filtro de diseño en el sentido horario (o hacia arricomplejo que posee una red ba o adelante, en caso de ser tipo formada por R2, C3 y R5 que corredera). permite que las frecuencias Analicemos uno de todos los pomedias pasen a la salida sin susibles movimientos: Enciclopedia de Audio

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Figura 14

Figura 13

realimentación negativa que consiste en aplicar a la entrada una porción de la señal de salida, pero frir variación en su respuesta. C1, P1, C3 y R1 for- en contrafase (figura 14). El circuito utilizado pa ra proporcionar la señal de man el filtro de agudos y la red P2, C4, R3 y R4 forrealimentación se conoce como “lazo de realiman el control de graves. Cuando P1 está en la posición A, el circuito se mentación” y generalmente consiste en un circuicomporta c omo un filtro pasa alto ya que C 1 es un to que aplica una señal por un extremo distinto a camino “directo” entre la entrada y la salida. De la entrada de señal (por ejemplo, si la señal ingretodos modos, el paralelo (R1/P1), en serie con C2, sa por base, el lazo de realimentación termina en el emisor). limitará un poco el paso de la señal. Se denomina “ganancia de lazo abierto” a la Al estar P1 en la posición B, las frec uenc ias altas son suprimida s, ya que C 2 queda en paralelo con gananc ia del amplificador antes de realimentarlo la salida y hac e que estas señales se deriven a ma- y se lo simboliza con la letra G. Llamamos “Ga nansa; es dec ir, el potenc iómetro facilita el paso de las cia de lazo c errado” a la ganancia del amplificaseñales de alta frecuencia en una posición e impi- dor realimentado. Si analizamos detenidamente la figura del amplide el paso de las mismas en la otra posición. Analizando el control de graves, cuando P2 está ficador realimentado veremos que al amplificador en la posición X se c ortoc ircuita el ca pacitor C3 y ingresan dos señales: la de entrada y la del lazo de permite que las señales de baja frec uencia circu- realimentación; luego: len libremente ha cia la salida a través de R2 y R5. eo Si P2 se enc uentra en la posición Y, las frec uenc ias V de entrada = ei + ( - —— ) bajas no pasarán p or C3 pero sí (aunque a tenuaη das) por el divisor resistivo formad o por P2 y R3. Este circuito fue diseñad o p ara obtener una c orrección de 12dB (12dB por encima y por debajo eo de la respuesta plana) con una frecuencia de V de entrad a = ei - —— transición de 200Hz para los graves y 1000Hz para η el control de agudos. En este ca so la interac ción entre circuitos es ba stante baja. Fue utilizado por la El signo (-) indica una realimentación negativa. empresa Philips pa ra la construcción de un Pream- La tensión de salida eo será igual a la tensión de plificador de excelentes características, con el ob- entrada por la ganancia de lazo abierto. jeto de excitar etapas de potencias valvulares y muy bien puede ser empleado en circuitos de eseo tado sólido. eo = G . ( ei - ———)

Rea lim entac ión neg a tiva Con el objeto d e mejorar la linealidad de los amplificadores de tensión, se aplica a los mismos una 26

η

Luego la ganancia de lazo cerrado se calculará como eo/ei, donde está incluida la realimentaEnciclopedia de Audio


ción; por lo tanto, se deduce que:

utilizarse una red variable c on la frec uenc ia, como lazo de realimentación, lo que hará que h varíe eo G con la frecuencia de modo de compensar la ali——— = ————— Ganancia de lazo cerrado. nealidad inicial. La realimentación negativa dismiei G nuye la ganancia de la etapa original, lo cual es 1 + —— una ventaja, ya que el ruido producido por algún η componente interno (por ejemplo, un transistor es fuente de ruido) quedará reducido al valor G/h . Generalmente se busca que G sea mucho maVruido. yor que h con lo cual la relación G/h será muy En síntesis, la realimentación negativa es una grande c on lo cual puede despreciarse el “1”. técnica destinada a mejorar la respuesta de los amplificadores sacrificando la ganancia del equiG po. Si G >> 1, entonc es —— >> 1; luego: Un caso típico de realimentación negativa está η dado por un transistor con polarización automática (figura 15). eo G Se trata de una realimentación “paralelo-para—— = —— = η lelo”, tomando señal desde el colector y reinyecei G —— tándola en base. La ganancia del lazo de realiη mentación (1/h) depende de la relación entre R2 y R1, aunque para el cálculo de la misma es neceeo sario conoc er la impedanc ia de salida de la etapa —— = η ei anterior. No es una realimentación muy utilizada ya que el valor de R2 para una realimentación óptiPor este motivo, se denomina “Ga nancia de Lazo” a la atenuación del lazo de realimentación ma no coincide con el valor necesario para polarizar al transistor (se necesita mayor resistencia pa“h”. Si la realimentación fue proporcionada a través ra polarización), razón por la cual se realiza una de un divisor resistivo h, es un número real, con lo modificación para que la resistencia de polarización resulte mayor que el valor necesario para la cual la ganancia de lazo cerrado permanecerá constante para todas las frecuencias, no impor- realimentación negativa. La forma de c onseguir este efec to se ve en el cirtando el comportamiento del amplificador y siemcuito d e la figura 16. pre que G/h sea muy grande. En este cirSi se desea compensar alguna distorsión puede Figura 17 cuito se observa una disFigura 15 posición práctica donde R3 fija la polarización y R2 en paralelo con R3 (C es un “cable” para las señales alterna) determinan la ganancia Figura 16 de la etapa. Un circuito práctico muy utilizado es un amplificador emisor común con realimentación serie a través del agregado de un resistor de emisor sin desacoplar (figura 17). En este caso no es difícil darse cuenta de que el Enciclopedia de Audio

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formularnos la siguiente pregunta: ¿Hay alguna form a de rea lim entar y me jora r co nside ra blem ente las características de un circuito?

Figura 18

Realimentación multietapa

Figura 19

fac tor de realimentac ión vale: Rc η = ——— Re Aquí se han separado las señales de entrada y realimentación ya que la señal reinyectada se aplica en el emisor; este hecho contribuye a aumentar considerablemente el valor de la resistencia de entrada del circuito. Se deduce matemáticamente que en este circuito la resistencia de entrada toma el valor: Rin = hfe . Re Un defecto de esta configuración es que el hfe del transistor varía c on la c orriente del colec tor, razón p or la cual la Rin no será lineal y por lo tanto la etapa introducirá una distorsión en la señal. Para que esto no ocurra deben utilizarse señales débiles. En todos los ca sos analizad os hay ventajas y desventajas que limitan su uso, esto nos lleva a 28

La realimentac ión negativa es mucho más efectiva cuando involucra más de una etapa ya que permite independizar a los lazos de realimentac ión de la señal, lo que brinda un mejor control del sistema; en otras palabras, varias etapas amplificadoras en cascada incrementan el valor de G, razón por la cual G/h es un número grande, premisa de la c ual partimos (figura 18). En este circuito Q1 trabaja con muy poca corriente para tener bajo nivel de ruido; además, Rc es grande para que la tensión de colector sea pequeña. Aquí R2 no sólo realimenta la señal sino que polariza a la base de Q1. Debido al agregado de C en paralelo con R3, la cantida d de señal realimentada depende de la tensión en bornes de R4, mientras que la tensión de polarización de Q1 está dada por las caídas de R3 y R4. R1 podría representar la imped ancia de la etapa anterior y sus variaciones producen alteraciones en la ganancia del circuito. Para independizar las realimentaciones de señal y polarización se introducen algunas variantes (figura 19) a saber: La realimentación entre emisor de Q2 y base de Q1 (R3) tiene efecto únicamente en continua ya que C desacopla al emisor para las señales alternas. R2 introduce una realimentación negativa desde colector de Q2 a emisor de Q 1, de forma tal que a l variar R2 podemos cambiar la ganancia del sistema sin alterar la polarización. Aquí el lazo de realimentación introduce una ganancia que se ca lcula como:

η=

Rel + R2 ————— Rel

Nótese que h no depende de la resistencia de salida de la etapa previa. En el diseño de etapas realimentadas se debe tener en c uenta los problemas de “fase” que ac arrea dicha realimentac ión, ya que para alguna frecuencia puede haber un desplazamiento de fase Enciclopedia de Audio


Figura 20

de 180°, convirtiéndose esa realimentación negativa en positiva, y el sistema correrá riesgos de oscilar. En el diseño de amplificadores se trata de que el riesgo de oscilación se produzca para frecuencias que se encuentren fuera del espectro audible; por tal motivo no se puede utilizar a la realimentación negativa indiscriminadamente con el objeto de transformar un pésimo amplificador en otro de óptimas cualida des.

Rea lim enta c ión e n co ntroles de tono . Sistem a Ba xe nda ll Un control de tonos activo consiste en un amplificador que posee una red de realimentación negativa. La ventaja fundamental de este sistema es que se disminuye considerablemente la distorsión, ya que al atenuar determinadas frecuencias se atenuará también el ruido y la deformación y al enfatizar ese mismo rango se controla la distorsión a través de la realimentac ión negativa (figura 20). Cuando el control de graves (P1) se encuentra en su posición intermedia, C2, R1 y la mitad de P1 se encuentran del lado de la entrada y C3, R2 y la otra mitad de P1 están del lado de la realimentación, razón por la cual no se ejerce “interferencia” (efecto) alguna en la ganancia del sistema para todas las frecuencias bajas; los valores de los elementos se c alculan para que se c umpla este efecto. Cuando el cursor se encuentra en la posición A, C2 queda en cortocircuito y la señal de entrada llega a la base del transistor a través de R1, R3, R4 y C6; la realimentac ión se ve disminuida pues desde el colector de Q pasa a través de C5, R2 y C3; la realimentación aumentará con la frecuencia a causa de la reactancia de C3 y B, C3 se cortocirEnciclopedia de Audio

Figura 21

cuita y existe máxima realimentación para todas las frecuencias, mientras que la señal de entrada pa sa a través de C2 hacia la base de transistor, así constituye un filtro pasa-alto cuya función es disminuir la ganancia en bajas frecuencias; es decir, se produce una atenuación en bajas frecuencias. El mismo análisis puede realizarse con el control de agudos, ya que al encontrarse en la posición c entral hay igual resistencia de entrada y realimentación. Con el potenciómetro en la posición C, la señal pasa por C1 y C4, con lo cual tendré máxima gananc ia para las señales de alta frec uencia. La realimentación es suave, ya que se produce a través de C5 y la resistencia de P2. Por lo dicho, con P2 en la posición C se produce un refuerzo de agudos. Si el cursor se encuentra en la posición D, la señal de entrada debe pasar por P2, que la disminuye, mientras que la realimentac ión es considerable ya que la señal reinyec tada pasa a C4 direc tamente desde C5; esta realimentación aumenta con la frecuencia por la cual, con P2 en la posición D, existe una atenuación de las señales de alta frecuencia (agudas). La c urva de respuesta en frec uencia de un control de tono a ctivo, tipo Baxendall, la podemos observar en la figura 21.

Filtros Un filtro es un circuito que actúa como “control de ga nancia” en alguna pa rte de la ba nda de a udio. La diferencia fundamental con un control de tonos es que la pendiente de atenuación es mucho mayor (como mínimo 12 dB/oc tava); y “NO SE DEBE UTILIZAR UN PO TENCIOMETRO” c omo elemento de variación de frecuencia sino que se debe emplear un interruptor que interpone o no al filtro 29


Figura 22

en el amplificador, para evitar introducir distorsión en el rango de la voz humana. Por ejemplo, un filtro d e baja frec uencia por debajo de los 50Hz elimina zumbidos molestos que no contribuyen a mejorar la calidad del amplificador. Por otra p arte, un filtro que actúe por enc ima de los 7kHz mejora la reproducción de viejas grabaciones por deterioro del disco o por exageración en el refuerzo d e a gudos que se hace presente en grabaciones modernas. El filtro que atenúa bajos suele denominarse filtro de púa o “scratch” (figura 22). El filtro de altas frecuencias se denomina filtro de “rumble” y generalmente actúa a partir de una frecuencia de corte de ft = 7kHz aunque esta frecuencia varía c on el diseño del amplificad or (figura 23).

Figura 26

Figura 25

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Figura 23

Figura 24

En muchas ocasiones, al producirse acoples entre las cajas acústicas y el fonoc ap tor, se generan oscilaciones de baja frec uencia (efecto “Larsen”) que pueden eliminarse c on un filtro rechaza bajos. Como los filtros deben actuar en frecuencias precisas, deben construirse con elementos variables, para que eliminen ruidos o atenúen soplidos, sin perjudicar el resto de la respuesta en frecuencia del amplificador, por ello debe construirse un filtro que siga el esquema de la figura 24. Comercialmente suelen construirse filtros con estas características, que utilizan para esto elementos activos (figura 25). El uso de controles de tono obliga, si se quiere buena calidad, a realzar frec uencias bajas y altas sin modificar el rango de frecuencias medias en igual medida. Para realzar dicho rango debe hacérselo en banda plana y el control que se enc arga de conseguir este efec to se denomina “c ontrol de presencia” que consiste en reforzar las señales cuyas frecuencias están comprendidas entre 800Hz y 3.000Hz (frecuencias vocales centrales). Puede tener tres posiciones con el objeto de realzar dichas frecuencias en distintos rangos (figura 26). El filtro “control de presencia” suele intercalarse en la última etapa preamplificadora y comercialmente c onsiste en un filtro activo (c ircuito realimentado) en la banda de frecuencias medias donde el manejo de un potenciómetro permite variar la porción de la señal realimentada, y con ella la ganancia del filtro (figura 27). El estudio de la respuesta del oído humano determina que la Enciclopedia de Audio


mos corregir el control de graves en la medida que variamos el volumen (figura 28). Este defec to se soluciona c on un filtro de “sonoridad” que compensa gradualmente y en forma automática la pérdida auditiva de respuesta a los tonos bajos, cuyo efecto aumenta en la medida que baja el volumen. Este filtro puede ser conectado y desconec tado a voluntad (figura 29). Hoy en día, los filtros activos más utilizad os se basan en el empleo de ammisma no es lineal con la frec uencia y con distintos plificadores operacionales; por ejemplo, un filtro niveles sonoros. “pasa-alto” se construye tal como vemos en la fiPara bajas frecuencias hay una considerable gura 30. Con los mismos valores de resistenc ia y capérdida auditiva con señales de baja potencia, pacidad e igual cálculo de la frec uencia de c orte pero dicha atenuación disminuye en la medida puede construirse un filto “pasa-bajos” modificanque aumenta la potencia de la señal reproducida. do las conexiones circuitales (figura 31). Este efec to fue largamente estudiado y aparece La respuesta en frecuencia dependerá del facclaramente en el estudio de las curvas de igual so- tor de atenuac ión; en la medida que éste disminunoridad de Fletcher-Munson. ye la respuesta en frecuencia, se modifica en maEs por esta razón que en la mayoría de los ampli- yor magnitud (figura 32). ficadores de audio cuando se los escucha a bajo Cuando C2 = 2 C1 o R2 = 2 R1, según el filtro usavolumen existe una “aparente” pérdida de poten- do, se dice que se está en una “atenuación críticia en los tonos bajos y debemos introducir un re- ca”, lo que significa que la transición del nivel de fuerzo de graves; esto es un problema pues debe- respuesta en frecuencia a la característica del filtro se manifiesta en forma suave en lugar de realiFigura 28 zarse abruptamente.

Figura 27

C ontroles de volume n y ba la nce Generalmente el volumen de un amplificador se controla por medio de un potenciómetro logarít-

Figura 30

Figura 29

Figura 31


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mico a causa de la respuesta en la ganancia de un canal respecto frecuencia del oído humano. Se del otro sin influir en el control de vodebe tener cuidado en su ubicalumen. Debe permitir el ajuste fino ción, por ejemplo: jamás debe pero aprec iable en la d istribuc ión de atravesarlo una corriente continua la señal (figura 34). ni debe estar inmediatamente anLa relac ión P1/R1 determina el rantes de una etapa de alta gananFigura 32 go de variac ión de la ganancia que cia pues amplificaría demasiado puede obtenerse con estos circuitos. la señal de ruido generada con el Preamplificadores movimiento del potenciómetro (el potenciómetro es un elemento muy ruidoso). Si recordamos en qué consiste un sistema ampliGeneralmente se coloca entre el preamplifica- ficador de audio, notaremos que la etapa de endor y el amplificad or de salida , a posteriori del con- trada se enca rga de seleccionar una fuente de sotrol de tonos y/o ec ualizador. Este concepto debe nido entre varias opciones, como ser: radio, micróaplicarse en cualquier tipo de amplificadores, in- fono, bandeja giradiscos, grabadores, etc. A esta etapa de entrada la llamamos “preamplificador”; allí convergen todas las fuentes mencionadas y se Figura 33 encarga no sólo de la selec ción de una de éstas sino que además la ecualiza (la corrige), para que a posteriori el amplificador le d é el nivel nec esario para excitar a los parlantes. Se puede asegurar que la calidad del sonido reproducido depende fundamentalmente de los circuitos utilizados en la construcción del preamplificador. Las distintas señales -fuentes de sonido- pueden provenir de generadores que proveen distintos niveles de señal; son de distintas impedancias, y Figura 34 además pueden poseer entre sí distintas respuestas en frecuencia. Todas estas diferencias deben ser salvadas por el preamplificador (figura 35). Es así que este circuito debe encargarse de: a) Adaptar los niveles de los distintos generadores de entrad a al nivel nec esario pa ra el primer circuito amplificador. b) A daptar impedanc ias. c) Permitir la variación de la respuesta en frecuencia mediante filtros y controles de tono. d) Regular la ganancia del sistema. cluso en aquellos usados para reproducción de Tanto el transduc tor de entrada c omo el amplificintas. cador tienen c arac terísticas que los individualizan. En amplificadores estéreo, se usan potenciómePor ejemplo, todo dispositivo que utilizaré como tros giratorios logarítmicos dobles o potenciómetros deslizantes individuales que tienen la Figura 35 ventaja de aparearse fácilmente y eliminar el potenciómetro de balance. Este último c ontrol se usa pa ra compensar las pequeñas diferencias entre canales ya sea a causa del potenciómetro doble o por diferencias en los amplificadores. El control ideal de balance opera alterando 32



transductor de audio se caracterizará por la tensión en volt (o submúltiplos) que genera y por la impedancia en ohm que presenta, las Fig. 37 cuales se denominan “características de salida ” del dispositivo, y definen su funcionamiento. Por supuesto, la mayor o menor impeda ncia que presente el transductor determinará la cantidad de energía que se puede extraer de éste (figura 36). Todo preamplificador posee también parámetros que lo caracterizan; por ejemplo, es muy común especificar las características de entrada del

Fig. 36

Figura 38 equipo de la siguiente manera: 200mV/50kohm, lo que significa que es necesario aplicar sobre la entrada del preamplificad or una señal de 200mV para que el amplificador desarrolle su máxima potencia cuando se encuentra al máximo el potenciómetro de volumen; además, el preamplificador se comporta eléctricamente como una impedancia de 50kohm a su entrada. Por supuesto, si se aplica una tensión menor que 200mV, el amplificador no desarrollará su máxima potencia, y si la señal de entrad a supera los 200mV el equipo distorsionará. Por otro lado, si las impedancias del transductor y preamplificador no son iguales, no habrá máxima transferencia de energía, y por lo tanto el sisteEnciclopedia de Audio

ma tendrá menor rendimiento (figura 37). Al acoplar el dispositivo transductor con el preamplificador deben estar adaptadas las características de ambos con el objeto de obtener máxima eficienc ia (figura 38). Los transductores más utilizados para excitar equipos amplificadores son: a) Fono c ristal b) Fono magnético c) Sintonizador d) Cinta (reproductor) e) Micrófono a ) Fono c ristal Requiere muy alta impedancia de entrada para su buen funcionamiento en bajas frecuencias; generalmente superior a los 500kΩ, entregan una tensión que varía entre los 200mV y 1V pero pueden generar tensiones instantáneas aun mucho mayores cuando la púa “cae” sobre el disco, razón por la cual debe tenerse mucho cuidado -al diseñar el ecualizador- en la elección del circuito de entrada. b) Fono m a gné tico Se trata de un reproduc tor de muy alta c alidad que entrega una tensión de salida entre 2,5mV y 6mV con una impedancia normalizada de 47kohm. El amplificador que se encarga de llevar esta característica a valores normales no posee una respuesta lineal, ya que debe compensar la preenfatización del disco durante la grabación, como veremos más adelante (Red de ecualización RIAA); además, como trabaja con señales débiles, tiene una ganancia elevada (40dB), y se lo conecta cerca de la entrada para evitar efectos indeseables en el circuito. c) Sintonizador El nivel de salida de los sintonizadores (RF y detector) es variable entre 100mV y 500mV, según el fabricante, con una elevada impedancia que oscila entre 100kohm y 500kohm. G eneralmente se lo encuentra en amplificadores de buena calidad. d) C inta Es la entrada de “grabadores” con características similares a las del sintonizador. Para mejorar la calidad de reproducción puede tomarse la señal directamente del cabezal reproductor que entre33


zones funda mentales: primero, porque la excesiva amplitud de los sonidos graves podría hacer que la excursión del surco sea tan amplia que llegue al surco contiguo. Además, si se realzan los tonos altos, los mismos deberán atenuarse en el preamplificador, lo que resulta una ventaja, ya que los ruidos generados en la reproducción se atenúan en igual medida. Figura 39 En síntesis, en el disco se reduce el nivel de los tonos bajos y se realzan los agudos. Luego, en el amFigura 40 plificador, se deben reforzar los graves y atenuar los agudos (figura 40). En la grabación magnética de cinta de casete se a plica generalmente un refuerzo de a gudos para compensar las pérdidas inevitables en el entrehierro y en los materiales magnéticos, con lo c ual, durante la reproducción, se debe introducir un considerable refuerzo de graves. Trabajos de experimentac ión permiten afirmar que la tensión inducida en una cabeza reproducFigura 41 tora es proporcional a la frecuencia de la señal grabada en la cinta, razón por la cual –si no hay ec ualizac ión– la señal escuchada sería muy pobre en graves y saturada en agudos. Cuando se habla de frecuencia modulada, en el transmisor se acentúan los tonos altos para atenuarlos en el rec eptor junto c on las señales de ruido que en él se generan o que son producto del espacio exterior; es decir, en el receptor se produce una desacentuación, también llamada deénga una señal de 0,5mV sobre una impedancia de fasis, de las señales de alta frec uenc ia. Analizando todos estos casos, nos damos cuen10kohm, en cuyo caso requiere una etapa preamplificadora adicional, como lo requiere la cápsula ta de que en el preamplificador se debe colocar magnética, pero con curva de ecualización apro- un ec ualizador que varíe sus características en función del tipo de señal que desea amplificar, ya sea piada. para atenuar los graves y reforzar los agudos o viceversa. e) Micrófono Los valores estándar de acentuación y desac enDebe saberse qué micrófono se utilizará. Más adelante se estudiarán las características de los tuación se expresan en forma de constantes de distintos micrófonos. Luego, el preamplificad or de- tiempo (figura 41). La constante de tiempo más berá tener la red de adaptación adec uada al mi- simple consiste en un resistor y un capacitor cocrófono elegido. Según lo dicho hasta el momen- nectados en serie o en paralelo (figura 42). En este circuito se produce una atenuación pato, todo preamplificador deberá tener un selector de entrada para elegir la señal del dispositivo que ra las señales de baja frecuencia pero, en la medida que aumenta la frecuencia: se desea reproducir (figura 39).

Ecualización En la grabación de discos suelen atenuarse las señales correspondientes a tonos bajos por dos ra34

1 Xc = —————— 6,28 . f . C Enciclopedia de Audio


Figura 42

Figura 43

capacitor tendrá elevada reactancia, mientras que en alta frecuencia la reactancia es pequeña y es el resistor el único que limitará la corriente. En este circuito, la frecuencia de transición se calcula c uando R = Xc, luego: 1 f = —————— 6,28 . R . C

Ec ua lizad or de d isc os Para ec ualizar los discos en su reproducción, hacen falta circuitos que refuercen los graves y atenúen los agudos, tratando de que el efecto de XC se hac e cada vez más chica (Xc = reactan- ambos casi no se haga sentir en el rango de frecia capacitiva) aumentando el nivel de la señal cuencias medias. Antiguamente era muy difícil losobre la c arga. A la frecuenc ia p ara la cual Xc = R grar un ecualizad or óptimo, pero en la actualidad, se la c onoc e c omo frec uencia de transición, y es- con el uso universal de los discos de larga durato ocurre c uando: ción, se han podido dictar normas que permiten 1 simplifica r el problema. A simismo se han normalizaR . C = ———— do las cápsulas y púas fonocaptoras. 6,28 . ft La norma estándar de ecualización para discos LP requieren constantes de tiempo. Una de 75µs, la que es la “constante de tiempo” del circuito y segunda de 318µs y la tercera de 3180µs. viene dada en segundos. A esta constante de Las frec uenc ias de transición son respectivamentiempo es a la que hacíamos referencia anterior- te: 2123Hz, 500Hz y 50Hz (figura 44). mente. Por supuesto, la red ecualizadora a utilizar conNótese que esta constante de tiempo permite el tendrá varios capacitores y resistores conectados paso de señales de alta frecuencia con facilidad de distintas formas con el objeto de conseguir los pero se comporta como resistivo para medias y efec tos deseados. bajas frecuencias. Hemos visto que la técnica más favorable sería El capacitor en serie con un resistor, en cambio, utilizar esta red ecualizadora como lazo de realise comporta como resistivo para medias y altas mentación de un sistema “realimentado”, tal que frecuencias y el capacitor atenúa las bajas fre- la red controle la ganancia del sistema. cuencias (figura 43). El único detalle a tener en cuenta es que si la red La c orriente que atraviesa este circuito depende ec ualizadora atenúa los bajos, al enc ontrarse c ouna vez más de la c onstante de tiempo RC; en ba- mo parte de una realimentación negativa, hará jas frec uencias circulará poc a corriente ya q ue el que el sistema refuerce las señales de baja frecuencia. Este concepto es válido para todas las Figura 44 constantes de tiempo de todo el espectro (figura 45). En este circuito, R1 junto con C1 forman una constante de tiempo de unos 318µs y permiten el paso de las señales de tono alto (como esto es realimentación a la salida del preamplificador, se atenuarán), mientras que R2 y C2 forman una constante de tiempo de 2123Hz. Para 50Hz C2 es casi un circuito abierto y se busca que Xc1 =R1 pa ra así tener la tercera c onstante de tiempo necesaria. Enciclopedia de Audio

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cristal (antiguas) y las cáp sulas cerámicas, aunque estas últimas entregan una tensión de salida levemente inferior. Las cápsulas de titanato de bario (cerámica) son económicas, se instalan fácilmente, no son interferidas por campos magnéticos y son fáciles de ec ualizar. Poseen una d esventaja principal con las cápsuFigura 45 las magnéticas, que radica en la menor calidad de reproducción y la escasa separación entre canales (generalmente inferior a los 6dB). Si bien decimos que la ecualización es sencilla, Figura 46 ésta está normalizada y se la denomina “C urva de ecualización RIAA”, que establece un refuerzo de graves de 6dB por octava a partir de los 500Hz y una atenuación de los tonos de 6dB por octava a partir de los 2122Hz. El circuito propuesto para producir la ecualización es el que muestra la figura 46. En este circuito Q1 y Q2 poseen acoplamiento El valor de R3 determina la gananc ia del lazo de direc to, donde la primera etapa posee una red de realimentación y, por lo tanto, la respuesta del realimentación negativa que proporciona la corrección necesaria de la respuesta de frecuencia preamplificador realimentado. La ganancia en frec uencias bajas se pued e cal- de la cápsula cerámica, conforme a la curva de ec ualizac ión RIAA. cular como: Valores comerciales de los elementos de la red para una buena ecualización de la red son los siR1 + R3 guientes: η = ———— R3 C1 = 1,5nF =0,0015µF R1 =10M Ω C2 = 1,2nF =0,0012µF R2 =120kΩ Valores comerciales típicos de esta red son: El circuito ecualizador para fonocaptor a cristal o cerámico de la figura debe compensar la siR1 = 270kΩ guiente curva de respuesta en frecuencia caracR2 = 15kΩ terística de este tipo de cápsula (figura 47). Las R3 = Potenciómetro (PRE-SET) 2200Ω cápsulas magnéticas necesitan una ecualización C1 = .015 µF distinta, debido a que tienen una respuesta en freC2 = .0047µF cuencia que varía en forma lineal, por eso una pronunciada caída en frec uencias (figura 48). Red de e cua lizac ión está nda r Desde el punto de vista de la red ec ualizadora, Figura 48 casi no existen diferencias entre las cápsulas de

Figura 47

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Etapa s de sa lida

Ro 2000 N = √ —— = √ —— = 15,81 Rp 8

El diagrama en bloques de un sistema a mplificador completo debe incluir básicamente tres etapas: Preamplificador, Etapa de Potencia y Fuente El uso de transformadores en etapas de audio no de Alimentac ión (figura 49). es conveniente, ya que acarrea grandes probleLa señal de salida del preamplificador está normas como ser: es costoso, pesado e ineficiente. malizad a y generalmente puede a lcanzar un máEn la actualidad se utiliza el acoplamiento direcximo de 1 volt, lo cual es insuficiente para excitar to, lo que obliga a d iseñar un amplificador con badirectamente un parlante. Por ejemplo, si quere- ja resistencia de salida. En la época de los amplifimos tener una potenc ia de 8 watt sobre un pa rlan- cadores con válvulas electrónicas, se hacía muy te de 8 ohm hac e falta aplicarle una tensión de 8 costoso e ineficiente el diseño de un amplificador volt ya que: de ba ja impedanc ia (las válvulas tienen a lta impedancia de salida) por lo que el uso del transformador era ineludible; estos transformadores resultaE2 64 volt2 ban caros por la calidad d e los materiales que emP = ———— = ————— = 8 watt pleaban y el especial cuidado al ejecutar los bobiR 8 ohm nados. Lógicamente, si hablamos de tensión de pico, el Básicamente, podemos clasificar las etapas de cálculo corresponderá a una potencia de pico, salida según su clase en: Clase A y Clase B. Existen mientras que si la tensión es de 8 volt eficaces, la circuitos que no encajan directamente en esta potencia será de 8 watt eficac es. clasificación y que luego estudiaremos. Esenc ialmente un amplificad or clase A es un amAntiguamente el ac ople entre etapa de salida y parlante era por medio de un transformador cuya plificador de tensión en el cual, al aplicar una serelación de espiras se escogía para dar máxima ñal, se eleva o disminuye el valor de la tensión de transferenc ia de energía (figura 50). salida, mientras el “promedio” de la c orriente que En esta figura N representa la relación de trans- circula por el amplificador permanec e c onstante. En otras palabras, se polariza el transistor de moformación; Ro la resistencia de salida del amplificador y Rp la resistencia del parlante. do que por allíl circule una corriente elevada, por Para calcular la relación de transformación se más que no se aplique una señal de entrada. Los transistores que trabajan en clase A conducen los ap lica la siguiente fórmula: 360° eléc tricos de la señal aplicada ; es decir, permanecen constantemente en estado de conducN = √ Ro / Rp ción ( en ningún momento se cortan ni saturan). Es bien sabido que no puede circular corriente Ejemplo 1 Se desea acoplar la salida de un amplificador continua por un parlante, ya que si esto ocurre, el de Ro = 2000 ohm con un parlante de Rp = 8 ohm. cono estaría permanentemente d esplazad o d e su ¿De qué relac ión de tra nsform a ción de be ser el posición original, debido a la influencia de campos magnéticos asoc iad os. transformador que se va a utilizar?

Figura 49 Enciclopedia de Audio

Figura 50

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Este hecho impide que un parlante pueda ser directamente la resistencia de carga del transistor y el acoplamiento debe realizarse a través de un transformador, capacitor o por medio de un sistema puente. El acoplamiento RC no es muy utilizado ya que sería necesario un parlante de alta impedancia con una baja disipación de potencia (inferior a 500mW). El acoplamiento a transformador es más popular y se lo encuentra en receptores portátiles de radio a transistores y en etapas de audio de los receptores de televisión. Se emplea para potencias inferiores a 10W cuando no se necesita gran fidelidad en la señal reproducida. La conexión puente requiere transistores apareados a los cuales se les debe entregar señales en contrafase. Se emplea en etapas de mucha potencia. En muchas oc asiones, con el objeto de a umentar la potencia final de un equipo, la conexión puente utiliza 4 transistores de manera que cada transistor aporte la cuarta parte de la potencia final. Esta c onexión de c arga se c onec ta al amplificador directamente o a través de un capacitor, según sea el esquema circuital. Veamos en la figura 51 cómo son los esquemas básicos que utilizan acoplamiento RC o configuración puente. Cuando se acopla el parlante mediante un transformador se polariza al transistor con una corriente de colector determinada y, como la resistencia del bobinado primario del transformador es pequeña, en colector del transistor tenemos prácticamente el potencial de fuente. “En ningún momento una señal de entrada debe anular la corriente d e colec tor; si esto oc urriese, el transistor no trabajaría en clase A. En condiciones de máxima conducc ión, la aplicac ión de una señal de entrada hará que la tensión de colector se acerque a 0 38

volt para un semiciclo y a 2 Vcc en el otro por acción del campo magnético generado en el bobinado primario. Se deduce fácilmente que la potencia máxima c apaz de ser transferida a un parlante por este método vale: Vcc Ic Pp = —— . —— √2 √2 Vcc Donde ——— √2 es el valor efica z de una señal senoidal

Figura 51

Luego: Vcc . Ic Pp = ———— 2

Ahora bien, es prácticamente imposible conseguir una señal senoidal de salida d e valor pico a pico igual a 2 Vcc sin distorsión, por lo que esta potencia en la práctica suele ser mucho menor. Por otro lado, cuando no hay señal, el transistor disipa una potencia igual a: Pt = Vcc . Ic Esta potencia es el doble de la que puede suministrarse a l parlante, razón por la c ual el sistema tiene bajo rendimiento y resulta ineficiente para altas potencias, pues la potencia no suministrada al pa rlante deberá disiparse necesariamente en forma de calor. En los transistores de salida de potencia el colector es generalmente la c arcaza y el aumento en la potencia disipada por el semiconductor se manifiesta como un incremento de temperatura en dicho envase. La resistencia térmica del transistor determina su potencia máxima disponible y se expresa generalEnciclopedia de Audio


mente como el aumento de temperatura por cada watt de potencia disipa da. Veremos en detalle este tema cuando estudiemos estabilidad térmica. Ejemplo 2 Un fabricante de transistores determina una resistencia térmica de 3°C/watt entre el semiconductor y la carcaza, 0,5°C/watt por el aislante utilizad o para fijar el transistor (generalmente mica revestida con grasa siliconada) y 4°C/watt más que corresponden al poder de disipación de la carcaza. La resistencia térmica total del semiconduc tor se encuentra sumando todos los factores enumerados; en nuestro c aso nos da un total de 7,5°C/watt, lo que significa que la temperatura en la juntura aumentará 7,5°C por cada watt de potencia disipada por el transistor. Por ejemplo, si la temperatura a mbiente es de 25°C y el fabricante dice que la juntura soporta 150°C; el incremento de temperatura disponible será:

Eta pa s a m plific a do ra s cla se B Un transistor trab aja en clase B cuando c onduce un semiciclo (medio c iclo) de la señal aplicad a. En audiofrecuencia, esta técnica sólo puede emplearse mediante el uso conjunto de dos o más transistores, de forma tal que el sistema completo pueda amplificar la totalidad d e la señal.

Am plifica do r push-p ull a tra nsforma do r

En esta configuración los transistores pueden trabajar en clase “A” o en clase “B”. Cuando una etapa trabaja en configuración “Push-Pull” se disminuye la distorsión ya que consiste en dos transistores balanceados que rec iben las señales en c ontrafase (figura 52). Como a la entrada de los transistores se aplican señales opuestas, cuando la corriente de colector de Q1 aumenta, disminuye la corriente de colector de Q2 y viceversa. En el circuito, T1 invierte una de las señales de colector de los transistores y las sumas para luego entregarlas al parlante. ∆t = Temp. final - Temp. ambiente Por ser una etapa balanceada, se reducen los ruidos producidos por la fuente y amplificados por ∆t = 150°C - 25°C = 125°C el transistor; se eliminan las armónicas de orden Esto quiere decir que el transistor podrá disipar par por trabajar los transistores en contrafase, etc. una potencia que no permita que la temperatura El principal problema es que el transformador no de la juntura se incremente más de ∆t =125°C; pa- tiene respuesta plana en frecuencia; es pesado y ra calcular dicha potencia podemos usar la si- costoso. Se los utiliza hoy día en amplificadores de guiente fórmula: baja c alidad. Para que cada transistor trabaje en clase B (en realidad clase “AB”) se polarizan ambos transisto∆t Pmax =—————= 16,66 watt res con una corriente del orden de los 10mA (entre 7,5°C/watt 5mA y 50mA). Generalmente un transformador denominado El transistor del ejemplo podrá disipar una poten- “Driver” (se pronuncia “draiver”) provee la invercia máxima de 16,66 watt, aunque se aconseja sión de fase (figura 53). que no disipe más del 70% del valor máximo, por Q1 es un amplificador clase “A” que entrega la razones de seguridad. señal al transformador inversor-adaptador de impedancias Td, de forma tal que las señales son Figura 52 iguales pero invertidas en bases de Q2 y Q3. R3, R4 y Re2 proveen una pequeña polarización a Q2 y Q3 para que trabajen casi en clase “B”. De esta manera un semiciclo positivo en base de Q2 hará que éste conduzca mientras Q3 está cortado, ya que en su ba se estará presente un semiciclo nega tivo. De la misma manera, cuando Q3 conduzca, Q2 estará c ortad o. Como hemos dicho, Ts recibe las señales de coEnciclopedia de Audio

39


Figura 53

Figura 54

sume energía de la fuente sólo c uando hay señal aplicada. Sin señal, Q2 y Q3 se encuentran prácticamente cortados. Por esta razón no es necesario utilizar disipadores de calor voluminosos; además, la polarización es muy sencilla.

Figura 55

Distorsión p or c ruce El principal problema es la denominada “distorsión por cruce” que se presenta en la zona en la cual un transistor deja de conducir para que comienc e a traba jar el otro (figura 54). Este defecto se produce debido a que el transistor no es “lineal” para señales débiles; es decir, Figura 56 cuando la tensión b ase-emisor está por debajo d e 0,6 volt. Por esta razón suele polarizarse a los transistores en clase AB con el objeto de que pa ra ba jas señales conduzcan los dos transistores y así exista una c ompensac ión en la ga nancia (figura 55). Una vez que el transistor recibe una señal fuerte, la distorsión por cruce es siempre la misma, razón por la cual se hace menos notable en la medida que aumenta la potencia (figura 56). lec tor de Q2 y Q3 en distinto sentido lo q ue implica una suma con una de las señales invertidas (en realidad hace la resta de ambas señales). La principal ventaja de este sistema es el considerable aumento de su rendimiento, ya que con-

Figura 57

40

Eta pa de sa lida co m plem entaria Se trata de un amplificador Push-Pull que elimina el empleo del transformador porque utiliza dos transistores en serie, de distinta polaridad (figura 57). Las señales de entrad a a las bases están en fase y no se nec esita etapa inversora. El Q1 amplificará los semiciclos positivos y el Q2, los negativos, debido a que el primero es un transistor NPN y el segundo un PNP. Las salidas de ambos transistores se combinan para acoplarse por medio del capacitor. Aquí no hace falta transformador porque los transistores están en configuración colector común que se caracteriza por tener baja impedanEnciclopedia de Audio


Figura 58 cia de salida. Esta etapa podría trabajar con los transistores en clase “A” de modo que los dos amplifiquen toda la señal, tal que un aumento de c orriente en uno de ellos viene a compañado de una disminución en la corriente de colector del otro, pero las pobres ventajas obtenidas no justifican una considerable disminución en el rendimiento del circuito por el solo hecho de trabajar en clase “A”. La distorsión es baja y puede reducirse aun más si se aplica una realimentac ión nega tiva, desde esta etapa hasta el preamplificador, colocando en ella algún sistema estabilizad or de tensión. Como la etapa de salida complementaria utiliza transistores en configuración de seguidor de tensión, se necesita aplicar en las bases una tensión elevada porque la ganancia de tensión es menor que la unidad. En la mayoría de los amplificadores de buena calidad, se d ebe a umentar el nivel de la señal en esta etapa y para ello se coloca una realimentación positiva entre la carga y la etapa precedente. Esta realimentación consiste en colocar un capacitor de “sobretensión”, que aumenta el nivel

de la señal realimentada por encima de Vc c (figura 58). El agregado de C2 denominado capacitor “Boost” permite que el nivel de excitación de la ba se esté 1 volt por enc ima de la tensión de emisor tal que, si en un momento la tensión del emisor alcanza el valor Vcc (Q1 saturado), la base deberá tener un nivel (Vcc + VBE) que será superior al valor de fuente y que permitirá disminuir considerablemente la distorsión. A pesar de ser una realimentación positiva, no hay riesgo de oscilación a causa de la baja ganancia de la etapa. En la realimentac ión se igualan las constantes de tiempo C1 x R8 con C2 x R1.

Etapas excitadoras

Las etapas de salida estudiadas hasta el momento nec esitan de una etapa previa que las excite en la que debe efectuarse, entre otras cosas, una compensación frente a las corridas térmicas. En los transistores de silicio el beta aumenta considerablemente en la medida que c rec e la temperatura; es dec ir que si se p olariza el semiconduc tor de modo que la tensión base-emisor permanezca constante, la c orriente de c olector crec erá con un aumento de temperatura; esto hará que el transistor disipe mayor potencia y se eleve nuevamente la temperatura. Si no se evita este “deslizamiento térmico” se llega a la destrucción del transistor. Los dispositivos que se encargan de proteger los transistores de salida del deslizamiento térmico se colocan en la etapa excitadora. Una solución consiste en colocar dos diodos que posean iguales características térmicas que la unión Base-Emisor de los transistores de salida conectados como muestra la figura 59. Figura 59 Los diodos se conectan térmicamente en el mismo disipador que los transistores, tal que un incremento de temperatura en el disipador originará una reducción de tensión proporcional en los diodos que polarizan las bases de los transistores de salida, compensando (al menos en gran parte) la disminución en la tensión base-emisor de los transistores de salida como c onsec uencia de la eleva-


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ción de la temperatura. Esto hará que las variaciones de la corriente de colector que se pudieran producir no afecten demasia-

ción para compensar (disminuir) la distorsión que apa rec e en varios puntos del circuito. Por ejemplo, en etapas excitadoras, la distorsión aparece porque los transistores trabajan con señales fuertes, lo que hace que no trabajen en el rango lineal de sus curvas características. En la etapa de salida, son clásicas la distorsión por cruce y la distorsión armónica que estudiaremos en la próxima lección. La tendencia actual es utilizar como salida una etapa cuasicomplementaria, donde los transistores de potencia son de igual polarida d.

do la polarizac ión del par de salida. El mismo efecto puede emplearse si en lugar de los diodos se conecta un transistor de iguales características térmicas que los que se desea compensar (figura 60). Con un aumento de temperatura, Q2 y Q3 tienden a conducir más, pero como Q1 es de iguales características térmicas, también conducirá más, así disminuirá su tensión c olec tor-emisor, la que hará bajar la tensión en ba se de los transistores de salida y así compensará en parte el corrimiento térmico. Nótese que esta compensación cumple el mismo efec to que una red de realimentac ión nega tiva para corriente continua. Todo lo visto hasta ahora se puede aprec iar en una etapa muy utilizada comercialmente, que posee una red de realimentación positiva para corriente alterna y una red de compensac ión térmica. Todo esto c ontribuye a tener un nivel de distorsión bastante tolerab le con una polarizac ión aceptable (figura 61). En la figura se observa un amplificador de audio de pares complementarios de 8W de p otencia de recorte (gentileza de Texas Instruments) sobre una impedancia de 8 ohm. Las características típicas da da s por el fabricante son las siguientes:

Se ha estudiado el funcionamiento de etapas Push-Pull conformadas por transistores que traba jan en una zona c ercana al corte a los efec tos de mejorar el rendimiento del amplificador. Una etapa de salida complementaria utiliza un par de transistores de salida de distinta polaridad, apareados excitados por un transistor en clase “A”. Si se desea construir una etapa de elevada potencia, el excitador debe manejar una potencia considerable, aunque no se inyecte señal de entrada; este problema se soluciona utilizando transistores de salida “idénticos” conectados en serie y que trabajen casi en clase “B”, excitados por un par de transistores complementarios que trabajen en idéntica clase. En una primera aproximación se puede considerar como una etapa complementaria donde los transistores adquieren la disposición que muestra la figura 62. Los transistores Q2 y Q4 trabajan con configura-

Fig.60

Am plifica dores de potenc ia de sa lida cua sico m plem entaria

Potenc ia d e Rec orte: 8W Impe da ncia de Carga: 8 Ω Distorsión armónica total inferior a 3% Respuesta en frec uen c ia: 40 Hz a 25 kHz Tensión d e a lime nta c ión: 28V

En general, cualquier amplificador de calidad razonable debe poseer varios lazos de realimenta42

Figura 61



ción “DARLINGTON”, se com- Figura 62 portan como un transistor NPN de mayor ganancia. Los transistores Q3 y Q5 trabajan en configuración “antiparalelo”, ambos se polarizan en emisor común por lo cual no hay inversión de señal entre la entrada y la salida. De esta manera Figura 63 los primeros trabajarán en la etapa cuasicomplementaria como un transistor NPN y los segundos cumplen la función del transistor PNP. Veamos cómo se acoplan ambos conjuntos de transistores para formar una etapa de salida cuasicomplementaria (figura 63). Q2 y Q4 no invierten la señal aplicada a su entrada porque ambos trabajan en configuración colector común en clase B (sólo conducen un semiciclo). Q3 y Q5 invierten a mbos la señal; Q3 amplifica el semiciclo negativo y lo invierte, éste pasó a ser positivo en base de Q5 y en colector lo vuelve a invertir. En C se suman las señales de Q4 y Q5 para ser conducidas al parlante. Como ambas etapas tienen una ganancia de tensión menor que la unidad, para aplicar una realimentación negativa que compense los efectos de distorsión, se debe incluir un gran número de etapas; en otras palabras, una realimentación entre la salida y la entrada del par de salida resulta insuficiente. Por lo tanto, en la etapa de salida del amplificador, la realimentación debe incluir un

Figura 64 Enciclopedia de Audio

gran número de partes. Comercialmente, una etapa de salida cuasicomplementaria posee la distribución de elementos que vemos en la figura 64. Los transistores complementarios Q1 y Q2 son de media o ba ja potencia. Las señales de fase opuesta que se obtienen del emisor de Q1 y del colector de Q2 se aplican a los transistores de potencia Q3 y Q4. Si se considera los transistores Q1 y Q2 como excitadores del par de salida, debe tenerse en cuenta que ya en el excitador hay grandes distorsiones que se deben compensar, pues traba jan con elevada s amplitudes de señal y la alinealidad de sus curvas características adquiere gran importanc ia. Aplicar una realimentación no es tan sencillo; por ejemplo, en los amplificadores con salida a transformador no se p uede aplicar una realimentac ión debido al desplazamiento de fase que introducen los transformadores. Incluso, en etapas de salida complementaria o cuasicomplementaria debe tenerse c uidado en la elección del capacitor de acoplamiento al parlante, ya que éste puede producir notables desplazamientos de fase en bajas frecuencias; el mismo cuidado debe tenerse con el capacitor de realimentación positiva de autoelevación. La mala elección de los transistores, por otra parte, puede producir problemas en alta frecuencia que, aunque estén fuera de la banda de audio pueden provocar serios trastornos. Una forma de solucionar el problema en ba jas frec uencias es igualar las constantes de tiempo del capac itor de ac oplamiento del parlante y del capacitor de autoelevación ya que en bajas frecuencias los efectos de a mbos se c ompensan. Los transtornos que puede oc asionar la mala respuesta en alta frecuencia radica en que el amplificador puede llegar a oscilar, así aumentará el nivel de distorsión. Este problema se disminuye haciendo que la realimentación se acople directamente, eliminando constantes de tiempo (a ex43


Por último, C67 provee una realimentación negativa entre Q3 y Q1 que estabiliza al sistema excitador en Figura 65 altas frecuencias. D1 y D2 junto con P1 y C8 forman el circuito compensador térmico (P1 se ajusta para tener mínima corriente de polarizac ión en el par de salida). Q4 y Q5 forman una salida complementaria de media potencia que excita el par de salida cuasicomplementario formado por Q6 y Q7. L y R7 forman un filtro denominado RED DE ZOBEL que permite ecualizar la impedancia que presenta el parlante al amplificador en toda la bancepción de las ya mencionadas). Otra forma c onda de audiofrecuencia. Se busca que la carga siste en coloc ar en el transistor excitador un capa - tienda a ser puramente resistiva en toda la banda citor entre base y colector que mejore la estabili- de audio. dad en alta frecuencia. El circuito de la figura 165 Generalmente L = 10µH y R = 10 ohm cuando el incluye varias etapas de realimentación para parlante es de 8 ohm. compensar distorsiones producidas en alta y baja frecuencia. Am plifica dores de a co plam iento direc to Nótese que, en este circuito, el lazo principal de Este acoplamiento c omenzó a utilizarse en la dérealimentac ión formad o por R1 y C1 incluye varias cada del 30 en muchos rec eptores de radio valvuetapa s. C1 da mayor estabilidad pa ra las altas fre- lares pero traían consigo algunos inconvenientes cuencias, ya que permite la realimentac ión nega- con el uso de la fuente de alimentación que fuetiva para esa gama de la banda de audio. Se tra- ron solucionados en los circuitos transistorizados. ta de una etapa de potencia de buena calidad Actualmente, todos los circuitos integrados amque posee, como dijimos, varios lazos de menor plificad ores de audio a coplan sus etapas desde la importanc ia que el principal, como el formado por entrada hasta la salida direc tamente, se utiliza –soC2 que estab iliza a Q2 pa ra las altas frec uenc ias o lamente en la etapa de salida– un capac itor elecel formado por R3 y C3 que actúa sobre Q1. Por úl- trolítico para acoplar al parlante. La ventaja funtimo, C6 provee una realimentación negativa en- damental radica en que se permite la amplificatre Q3 y Q1 que estabiliza el sistema excitador en ción de señales desde corriente continua, no poaltas frec uencias o el formad o por R3 y C3 que a c- see deformaciones la señal por él amplificada y túa sobre Q1. evita el desplazamiento de fase que es fuente de distorsiones en otros amplificadores que no usan acoplamiento directo. RecordeFigura 66 mos que un amplificador emisor común invierte la señal (con una fase de 180°), mientras que los capacitores de acoplamiento introducen un desplazamiento de fase que no es constante con la frecuencia, lo cual acarrea serios problemas en circuitos de realimentación. En la figura 66 se da el esquema de un amplificador de audio con acoplamiento direc to, utilizado en la c onstrucción de c ir44



Figura 67

ficador diferencial con pequeñas señales suele utilizarse una fuente de corriente constante del tipo WIDLAR. La disposición de una etapa diferencial con fuente de corriente constante

Figura 68

cuitos integrados (TAA 370). En este amplificador las patas 6 y 8 son alimentación; 2 y 5 son conexiones de masa; por la pata 9 se introduce la señal y se extrae por 3 ó 4 preparadas para aplicar un sistema de realimentación. Según el amplificador que se desea construir, puede no llegar a usarse Q4, ya que la pata 7 puede conectarse a la 10 o a la 1 mediante algún filtro pa sivo.

Amplificador diferencial La tendencia actual es utilizar amplificadores diferenciales a la entrad a de los amplificad ores con circuito de estabilización de corriente continua, como ser “fuentes espejo” o “fuentes Widlar” (figura 67). Básicamente, se trata de un amplificador de alta impedanc ia de entrada que responde a la diferencia de tensiones en base de los transistores que lo componen. La importanc ia de este c ircuito radica en que por el resistor R circula siempre una corriente constante, de forma tal que un aumento en la corriente de colector del transistor Q1 provocará una disminución en la corriente de colector del transistor Q2 y viceversa. Para mejorar las características de este amplificador (mejorar su relac ión de rechazo de modo coFigura 69 mún), el valor de R debe ser grande, pero esto provocará una merma en la tensión de salida. Para evitar este problema suele utilizarse una fuente de corriente constante. En muchas ocasiones, a esta fuente se la suele compensar térmicamente. Figura 70 Cuando se d esea usar el ampliEnciclopedia de Audio

se muestra en la figura 68. En este c ircuito se ha coloc ad o un transistor (Q3) como fuente de corriente constante que mejora la estabilidad y otras características del circuito. R1, R2 y R3 fijan el valor de la corriente que circula por los colectores de Q1 y Q2. El amplificador diferencial es la base de los amplificadores operacionales, tan difundidos en la ac tualida d y con los cuales se p uede construir casi cua lquier sistema electrónico d e no muy alta frecuencia de operación, desde amplificadores de audio, mezcladores, conversores hasta osciladores y sistemas de control. El Amplficador operacional es un circuito de alta impedanc ia de entrada, ba ja impedancia de salida y elevada ganancia. Posee una entrada inversora y otra no inversora. Responde a la difrencia de señales entre ambas entrad as (figura 69).

Distorsión en amplificadores Uno de los principales problemas que se presentan en los amplificadores es la distorsión, bastante d ifícil de percibir a menos que la misma sea grande. Existen distintos tipos de distorsión; por ejemplo, está el caso de la distorsión por cruce, bastante común en etapas Push-Pull, según hemos estudiado en la lección anterior. Una deformación en la onda por cualquier motivo origina:

Distorsión armónica En la figura 70 se ve cómo un amplificador produce una distorsión cuando deforma los picos 45


Fig. 71

seía. Recordemos que una armónica es un múltiplo de la Frec uencia Fundamental. Por ejemplo, la señal deformada se puede reconstruir agregándole armónicas pares o impares. Son armónicas pares los múltiplos pares de la frecuencia fundamental (2 f o; 4 f o; 6 f o , siendo f o la frec uenc ia original) y son a rmónicas impa res de la frec uencia fundamental 3 f o ; 5 f o; 7 f o ; etc.

Fig. 72

Se denomina “distorsión armónica” al porcenta je de la relación entre la energía aportada por las armónicas indeseables con referencia a la energía de la señal original. La fuente fundamental de distorsión armónica es la alinealidad de los semiconductores cuando trabajan con señales de alto nivel, razón por la cual la distorsión armónica crece con la potencia de salida del amplificador. En el gráfico de la figura 71 se observa q ue la distorsión armónica no sólo depende de la potencia de salida del amplificador sino que varía también Fig. 73 con la frec uencia; esto se debe a que es muy difícil mantener una buena linealidad para todo el rango d e frecuenc ias audibles.

Distorsión p or inte rmo dula c ión Esta distorsión se produce en los elementos alineales cuando a llí se encuentran señales de distinta frecuencia. Recordemos, por ejemplo, lo que ocurre con la información de sonido en el diodo detector de video de un receptor de televisión. La información de video y sonido se baten a causa Fig. 74 de la alinealidad del diodo y, como resultado, la interportadora de sonido queda en 4,5MHz. Este mismo concepto puede aplicarse en amplificadores de audio, debido a la alinealidad de los transistores. Cuando se hallan presentes simultáneamente señales de distinta frec uenc ia se escuchan interferencias como si se modularan entre sí sonidos de distinta altura (figura 72). Como la alinealida d de los circuitos es más notable para grandes elongaciones de amplitud, la distorsión por intermodulación crec e con la potencia de una señal senoidal pura. Se denomina distorsión armónica porque la on- (figura 73). Para evitar la distorsión por intermoduda deformada puede ser reconstruida si se le lación, los circuitos que componen un sistema de agrega n armónicas pares y/o impares con la am- audio deben ser lineales; además, la fuente de aliplitud adecuada. Es decir que un amplificador mentación debe estar bien regulada, ya que puede modificar la forma de onda de una señal, cuanto más pobre sea la regulación, mayor será el añadiéndole o quitándole armónicas que no po- índice de distorsión (figura 74). 46



Figura 75

Rango dinám ico de un am pifica dor Es una característica importante del amplificador y determina la relación entre la máxima y mínima intensidad del sonido expresada en dB. En un sistema reproductor el rango dinámico expresa la relación entre los niveles máximo y mínimo de señal que puede manejar el equipo en el punto de referencia. Generalmente los sistemas amplificadores tienen “máximos” especificados que no se deben sobrepa sar, para que no se produzca n rec ortes de la señal y con ellos, distorsiones. La figura 75 muestra un caso típico de este hecho. El mínimo nivel de señal en un p unto está determinado por el ruido en ese punto. Generalmente la fuente principal de ruido es la etapa de entrada del preamplificador, ya que allí se maneja señal de bajo nivel. Es importante usar elementos que

Figura 76

Figura 77


sean fuente de bajo nivel de ruidos, por ejemplo, transistores especiales a tal efecto (figura 76). Para que el lector tenga una idea de los niveles que puede adoptar el rango dinámico, digamos que en un auditorium es de aproximadamente 75dB (con orquesta a pleno); si lo que se escucha en éste se graba y reproduce en un equipo profesional, decrec e a valores de 60dB (aumenta el ruido), mientras que en equipos hogareños cae a 40dB. El rango dinámico en los discos fonográficos es ligeramente superior a los 55dB.

Amplificadores de salida en puente Hemos visto las ventajas que presenta el sistema de ac oplamiento directo. El capacitor de ac ople al parlante no está exento de introducir distorsiones en la respuesta en frec uencia del equipo y para eliminarlo suele utilizarse el sistema puente, en el cual los transistores se interconectan c omo se puede ver en la figura 77. Esta técnica permite incrementar la potencia de la etapa de salida donde los amplificadores acoplados se excitan en contrafase (como si fueran dos pares complementarios que trabajan simultáneamente). En este circuito es fundamental la polarización de los transistores, ya que el resultado del equipo depende del ajuste cuidadoso de dicha polarización, pues cualquier falla originará la destrucción de por lo menos un par de transistores y del parlante, que no se construye para funcionar con corriente. Cuando se utiliza la configuración puente, el sistema incluye un circuito de protecc ión elaborado que se a ctiva inmediatamente a nte c ualquier variación en la polarización de los transistores. Si analizamos detenidamente las etapas de salida de audio estudiadas, notaremos que al traba jar los transistores en clase B se pone de manifiesto el efecto de la distorsión por cruce que se puede reducir pero no eliminar. El diagrama en bloques del circuito amplificad or de audio “Puente” -al que hacemos referencia en la figura 77- permite asegurar que pa ra una determinada tensión de corriente continua, para una determinada disipac ión máxima de los transistores usados y para una carga determinada, se puede suministrar una potencia 4 veces mayor que en el caso de una etapa d e salida de a udio c onvencio47

Descripción sobre Modelos Comerciales

nal con similares características. Esto es posible porque el parlante puede hacer oscilar toda la tensión de a limentac ión (no la mitad como en los otros ca sos) en cada semiciclo. Como hemos dicho, el amplificador puente se compone en esencia de dos amplificadores de simetría complementaria con la carga (parlante) ac oplada direc tamente entre los dos puntos centrales. Cada sección amplificadora se excita por una etap a en clase “A”, constituida por un par de transistores en “Darlington” (figura 78). Como cada par de transistores de salida se debe excitar en contrafase, a los excitadores se les entrega la señal de audio por medio de un amplificad or diferencial que posee la ventaja adicional de presentar una alta impedancia de entrada. Este circuito, además de tener mayor potencia de salida que un amplificador de salida convencional de simetría complementaria, requiere de una etapa excitadora en c lase “A” que nec esita mayor energía de a limentación. La corriente de polarización es por lo menos dos vec es mayor. Cuando se efectúa el diseño del amplificador, la etapa diferencial se calcula para que la corriente de polarizac ión sea diez veces superior al valor re-

Fig.78 48

querido c on el fin de asegurar el funcionamiento lineal en todo el rango dinámico del sistema (así se evitan distintas fuentes de distorsión). Nótese en el circuito que existen varias realimentaciones de continua desde el parlante hacia las etapa s anteriores que, en general, constituyen c ircuitos de polarización (como ser R1, R2 y R3), de forma tal que si varía la tensión en un punto medio del puente, también variará la c ondición de polarización en las etapas excitadoras. Un problema que se presenta en el amplificador puente es la obtención de una tensión diferencia “cero” en los puntos medios del puente. De tal manera que, c omo el parlante conduce una corriente continua proporcional a la diferencia de tensión entre los puntos medios de los pares de salida complementaria, cualquier corrimiento en la polarización de los mismos puede producir serios problemas en los componentes. Cuando el diseño d el circuito es bueno, se c onsiguen distorsiones despreciables. Por ejemplo, la distorsión armónica total no supera el 3% a máxima potencia en todo el espec tro de audio.

Sistem a “Qua d” Actualmente se usan las etapas cortacorriente denominada s QUAD, desarrollada s por la empresa Acoustical Manufacturing Co. Ltd., que utilizan un principio de funcionamiento muy ingenioso. La etapa de potencia posee un par de transistores que trab ajan con señales fuertes en c lase “B” que, por supuesto, darán origen a una fuerte distorsión por cruce. Estos transistores se asocian a una etapa en clase A de baja potencia, que se ac opla directamente al parlante y que tiene la capacidad de excitarlo con señales muy pequeñas y casi sin distorsión. La función de esta etapa clase A de bajo nivel es suministrar energía al parlante en la región de cruce, en la cual los transistores de potencia no conducen. Cuando empiezan a conducir los transistores de salida , se a plica una realimentac ión positiva a la etapa clase B. Cualquier diferencia entre la señal de salida y el valor ideal es superada por el amplificador de baja potencia que trabaja en clase “A” (de gran calidad). De esta manera, se elimina la distorsión por cruce, pues para señales de bajo nivel, los transistores de salida se “despolarizan” a propósito y la debida señal la suministra la etapa en clase “A”. FIN Enciclopedia de Audio

Parlantes y Cajas Acústicas

Parlantes y Ca j a s Ac ú s t i c a s

Capítulo 4

El reproductor acústico, en un equipo de audio, es el parlante, parte de la “pantalla acústica”, formada además por el recinto (bafle o caja acústica). En este capítulo, analizando los aspectos más importantes de estos componentes, como parte de la cadena audiofrecuente, destacaremos características prácticas y detalles técnicos.

Introducción

ac ción electromagnética y, como c onsecuencia, El parlante es, entonces, un transduc tor elec troa- dicha bobina se mueve. cústico que transforma energía eléctrica en enerLa parte mecánica está formada por el cono y gía acústica. su sistema de suspensión. Tiempo atrás, el parlante no debía reunir exigenEl cono es solidario con la bobina y, por lo tanto, tes requisitos, pero en la medida en que fue avan- acompaña al movimiento de la misma cuando es zando la técnica y se construyeron equipos de au- recorrida por corriente. De esta manera, el cono dio de buena calidad, se ha exigido un estudio vibra cuando por la bobina circula una corriente profundo sobre la construcción de los altavoces, variable. ya que no serviría de nada tener un equipo estePor último, digamos que la parte acústica es la reofónico de alta fidelidad si las señales eléctricas encargada de transmitir al recinto de audición la que éste amplifica no pudieran ser transformadas energía sonora desarrollada por el cono. en onda s ac ústicas en toda la gama del espectro audible (de 20Hz a 20kHz). C la sifica c ión d e los pa rla ntes Se pueden clasificar los parlantes de muchas Constitución de los parlantes maneras, atendiendo a los elementos eléctricos En realidad, el proceso de transformación de se- que los componen, a los elementos mecánicos, a ñal eléctrica en onda acústica se lleva a cabo en los elementos ac ústicos, o por el rango de frec uendos pa sos: primero se hace una transformación de cia que son capaces de reproducir. Así por ejemenergía eléctrica en mecánica y luego la energía plo, podemos dar las siguientes clasificaciones: mecánica se transforma en energía sonora. De acuerdo con lo dicho, podemos dividir las Parlantes dinámicos piezas constituyentes del parlante de la siguiente Parlantes electrodinámicos Clasific a ción seg ún sus elem entos manera: Parlantes electrostáticos Parlantes piezoeléctricos eléctricos a) Parte Electromagnética, b) Parte Mecánica, c ) Parte Ac ústic a. Clasific a ción seg ún Parlantes de bobina móvil sus elem entos mecánicos La parte electromagnética la forman un imán y Parlantes de hierro móvil una bobina móvil. La bobina está sumergida denParlantes de membrana metálica Clasific a ción seg ún sus elem entos tro del ca mpo magnético del imán, de tal manera Parlantes de aire comprimido que, al ser rec orrida por corriente, se produce una Parlantes de cono de cartón acústicos Enciclopedia de Audio

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Clasific a ción seg ún el rango de Frec uencia d e trabajo

Parlantes reproductores de sonidos graves. Parlantes reproductores de Frecuencias medias. Parlantes reproductores de Frecuencias altas. Parlantes de rango extendido.

Ana licemos los reproductores ac ústicos según la primera clasificación: Parlantes dinámicos Son los más utilizados, especialmente en sistemas de alta fidelidad Figura 1 (figura 1); poseen características muy superiores a las de los demás. Están constituidos por las siguientes partes: • Imán p ermanente • Bobina móvil • Cono o d ia fra gma • Susp e nsió n int erna d e l c o no (a ra ña ) • Susp ensió n e xte rna d el c ono • Ca mp ana o c uerpo princ ip al • C ab le s d e c o ne xió n d e la b ob ina mó vil • Bornes d e entrad a • Ta pa de retenc ión d e p olvo

Imá n perm ane nte y yugo : El yugo aloja en su interior al imán permanente y generalmente tiene forma de vaso. Se lo fabrica con un material de alta permeabilida d c on el fin de evitar pérdidas del campo magnético, proporcionado por el imán permanente. El material con que se construye el yugo debe ser tal que permita su fácil proceso de fab ricac ión. El imán permanente es el sistema de excitación del parlante y va alojado en el interior del yugo con un sistema de soporte mec ánico que lo mantiene inmóvil. Consiste en un imán cilíndrico de alta inducción. En la actualidad estos imanes se fabrican con óxidos ferromagnéticos (en general, ferroxdure) que le dan características de inducción magnética 50

muy superiores a la de los clásicos imanes de Alnico, con un peso bastante inferior (figura 2).

Figura 2

Bobina móvil: La bobina móvil se devana sobre un tubo c ilíndrico q ue debe ser capaz de soportar los esfuerzos que se originan durante el bobinado, así como también los provocados por la suspensión interna (araña) durante el movimiento vibratorio de la bobina. Su espesor Figura 3 debe ser reducido para que el entrehierro del imán sea lo más chico posible. Generalmente se lo c onstruye de pa pel o aluminio y se lo recubre con barniz para resistir las condiciones atmosféricas (humedad) (figura 3). El devanado debe realizarse c on exactitud pues de él depende la calidad d el parlante. El diámetro del alambre depende de la potencia que debe manejar el conjunto y los hilos deben estar bien aislados para evitar c ortocircuitos entre espiras. Para que el lec tor tenga en cuenta la importancia en la construcción de la bobina, basta mencionar que al circular corriente por la bobina, por efec to J oule, se pued e alcanzar en ella temperaturas superiores a los 150°C. La bobina se c onstruye con 2, 3 ó 4 ca pa s de espiras arrolladas sobre el soporte de papel o aluminio. Si la potencia que debe manejar el parlante aumenta, esta construcción resulta deficiente ya que con el aumento de temperatura la bobina se dilata y el soporte, por ser de distinto material, no se dilata en igual proporción; esto hac e que la bobina se sepa re del soporte p rovoc ando la destrucción del parlante. Para evitar este problema, algunos fabricantes arrollan la bobina en los dos lados del soporte del aluminio, con lo cual la bobina ob liga al soporte a Enciclopedia de Audio


dilatarse en la exterior del cono Figura 7 misma propor- y su suspensión se ción que ésta. realiza por puntos Esta disposi- (figura 6). ción, permite Una araña que además una provee una susmejor disipa- pensión continua ción de calor es la araña externa de perfil ondulado. Es de meal exterior (fi- jor calida d y se la utiliza en parlantes de rango exFigura 5 gura 4). tendido (figura 7). La bobina Existen también arañas de suspensión interna (se se adhiere a colocan en el interior del cono) pero poseen muy su soporte por poca flexibilidad, por lo cual no se utilizan en parmedio de un lantes reproductores de graves. cemento especial prepaSuspensión externa del cono : Se coloca con el rado para resistir las vibraciones a que será someti- fin de que el diafragma o c ono tenga máxima fledo (generalmente, tipo Duco) (figura 5). xibilidad en el sentido axial. No todos los parlantes la poseen; favorece la reproducción de los tonos Cono o diafrag m a: Están fabricados con un ma- de baja frecuencia. terial rígido y a la vez liviano (generalmente fibroso). Deben ofrec er muy poc a inercia para que no Campana o cuerpo principal : Se construye con influya en la respuesta transitoria del parlante. una chapa c on aberturas, a la cual se le prac tican Pueden ser de pulpa de papel o moldea dos en nervaduras de refuerzo, a fin de aumentar la rigiplástico (poseen mayor rigidez y resisten a los em- dez mecánica. bates de la humedad). Para aumentar la rigidez Es el soporte de todas las piezas constituyentes sin incrementar la masa se los puede c onstruir de fi- del parlante y posee orificios para poder ajustarlo bras de carbón. en la caja El diseño de un cono es muy complicado. Un acústica mebuen c ono no debe emitir sonido c uando se lo gol- diante tornillos pea con la punta d e los dedos. adecuados. La forma del cono depende de la frecuencia Se le efectúa que ha de reproducir, de las características de di- un tratamienrec tividad y de la p otencia del parlante. to químico para evitar la Fig. 8 Suspensión interna del cono o araña : La misión oxidación (fide la araña es la de centrar el cono con el interior gura 8). del entrehierro con el objeto de que no se produzLas únicas medidas críticas de la campana son can rozamientos de la bobina móvil con el núcleo en direc ción a xial: la distancia entre el apoyo del y el yugo. Ad emás impide el paso de partículas de borde del cono y la suspensión o araña y el yugo, la parte posterior del cono a la zona de la bobina ya que el cono no debe ejercer esfuerzo alguno móvil. sobre la araña de suspensión durante el armado, Hay varios mo- mientras se endurec e el adhesivo. Figura 6 delos de arañas. C a bles de co nexión de la bob ina m óvil - po la riPor ejemplo, las arañas de suspen- zación : El sistema de conexión desde la bobina se sión externa y per- efec túa por medio de dos hilos que se a dhieren a fil plano se colo- la parte posterior del cono y se unen a los terminacan en la parte les de conexión alojados sobre la campana por

Figura 4


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med io de medio d e un par p ar de d e c ab les muy flexi flexibles bles.. Los term termiinales se sitúan sobre una regleta aislante que generalmente se coloca sobre la corona de la campana. En otros modelos de parlantes se proveen bornes aislados de la campana y se colocan en d os braz bra zos dis d isti tintos ntos de la misma. misma. Es importante la polarización de los terminales. La conexión de la bobina móvil debe ser tal que, a l aplicar aplica r una potenc p otenc ia a los termi terminales, nales, el cono c ono se mueve hac ha c ia ade a delante. lante. El El termi terminal nal al que se le aplia plica un potencial positivo, cuando se marca, se hace con un punto de pintura roja o un borne rojo (fiFigura 9 gura 9).

magnitud de esta fuerza depende del flujo magnético en el entrehierro, de la longitud de la bobina y de d e la magnit magnitud ud de d e la c orr orriiente que la atr atravieaviesa. El sentido de la fuerza depende del sentido de c irc ul ulac ac ión de d e la c orr orriiente eléctr eléc triic a a tr través avés de la bobina. Si la corriente circula en un sentido, la bobina se int intrrod oduc ucir irá á arr arra a str trand ando o el cono c ono y, si si cir c ircc ula en senti sentido do c ontr ontrari ario, o, la bob b obin ina a empujar empujará á el cono c ono o diafrag diafr agma ma hac ia afuera. Cuant Cua nto o mayor ma yor sea el número mer o de es espir piras as de la bo bobina bina que q ue c ort orte e líneas líneas de flujo magnético, mayor será el desplazamiento de ésta. El sentido de la corriente determina el sentido dell movi de movimi miento ento del de l cono. co no. Como queda explícito en el párrafo anterior, la bobina, en su movimiento, arrastra el cono. Este produc prod ucir irá á c ompres ompresiones iones y dep resi esione oness de dell aire aire c on una y otra cara, lo que generará ondas acústicas capaces de excitar nuestros oídos. El producto B x L x I (induc (induc c ión en el entrehier entrehierrro, por p or longitud longitud de la bobina, bo bina, por cor co rrient iente) e) debe de be p erm ermanec anec er constanconstanSe c oloc oloca a en el inin- te para que el funcionamiento sea correcto y no Ta pa de retención de l polvo polvo : Se terior del cono, tapando el orificio del soporte de prod produz uzcc a dis distor torssión. Es Esto quier q uiere e de decc ir que en el e l enla bobina móvil. Cumple la función de impedir la trehierro siempre tiene que haber la misma cantiacumulación de polvo en el entrehierro (se acu- da dad d de es espir piras as (por más más que la bob b obin ina a se d es esplaplamularían partículas fe- c e) pa ra que no exi exisstan dis distor torssiones iones.. Fig.10 rromagnéticas) que La b ob obin ina a jamás debe deb e salir salir totalmente del de l entreentreprovocarían la inutili- hierro. zación de la bobina Demos un ejemplo. Supongamos una señal de móvil.l. A vec es se móvi se le d a baja frecuencia aplicada a un parlante, que es la forma de d e domo d omo semiesf semiesféri éricc o ya que es impo imporrtante señal que provoca mayor desplazamiento de la su función en el extremo alto de las frecuencias bobina. audibles, especialmente en los tweeter (figura 10). En ausenc ausenciia de d e señal señal la la bob b obiina queda que da c entr entrad ad a en el entrehierro. Cuando se aplica una señal sebaja ja frec frec uencia y amplitu amplitud d lilimi mitada tada , duPrincipio de funciona m iento de un pa rla nt ntee d iná - noidal de ba m i c o : Se Se ha estudiado estudiado que la pa rte enca rga gada da de rante un semi semicc ic lo la bo bobina bina se se mueve hac ha c ia afuetransformar energía eléctrica en mecánica es el ra pero en ningún momento el entrehierro queda conjunto “imán permanente-bobina móvil”. La bo- sin espiras de la bobina y, por lo tanto, no hay disbina móvil móvil se se c onec ta a la sali alida da de dell amplif amplifiic ad ador or torsiones (figura 11). a tr través avés de la bo borrnera, nera, de d e tal manera que q ue por p or ell ella Si la amplitud de la señal proporcionada por el circulará una corriente cuya forma, frecuencia y a mpli mplifi ficc ad or es grand grande, e, la la bob b obina ina sa sa ldr ldrá á c a si totalamplitud dependen de la señal grabada en disco o c inta, según según de dó dónde nde pr p rovenga la señal que toFigura 11 ma el amplificador. Alrededor de los alambres de la bobina se produce un campo magnético proporrc ional a la corr po c orriente iente que lo atraviesa atraviesa y, como co mo la bobina se encuentra dentro del campo magnétic o c rea eado do po porr el imán perm p ermanente, anente, se se or o rigi igina na una fuerzza F que ti fuer tiende ende a hac er que la bobina bo bina se se alea le je de dicho c ampo magnético pe perrmanente. La 52



dice que son acústicamente transparentes) y permiten mi ten el pa p a so de ell ellas. as. El principio de funcionamiento se basa en la atracción y repulsión de las placas cuando están cargadas. Una placa es fija y la otra (el diafragma) vibrará al ritmo de la tensión que existe entre bornes de Fig. 12 ambas placas. Es decir, su funcionamiento está mente del entrehierro del imán permanente, con basado en la variación de la “capacidad” de las lo cual el número de espiras dentro del campo placas de un condensador cuando se le aplica tensión de fr frec ec uencia var variiab able. le. magnético en el entrehierro será nulo o se reduci- una tensión En la figur figura a se obs o bserv erva a que el conju c onjunt nto o d e pl p lac as rá y producirá un recorte del semiperíodo, ya que una vez que la bobina está afuera, ésta suspende necesita una tensión de polarización. El capacitor orriiente de polar p olariizac ión par pa ra la ensu movimiento por no existir campo magnético C bloquea la c orr trad ad a de seña eñall y pe perm rmit ite e el e l pas pa so de d e las seña señales les vaque la influya por más que aumente la amplitud tr riables que excitan al parlante. de la señal aplicada al parlante (figura 12). El diafragma es accionado igualmente en todos Para evitar esta distorsión se puede colocar una superfic erficie, ie, así se reduc red uce e la dis d istors torsión ión bobina móvil lo suficientemente larga para evitar los p untos de su sup diferencias ias de fase. Su Su respuest respuesta a en frecuenc frec uenc ia que sa lga totalmente del de l entrehier entrehierrro y, de d e es e sta for fo r- y las diferenc abarca arca toda la gama g ama del d el espec espec tr tro o audi a udible. ble. En otro otro ma, habrá un número de espiras constantes den- ab tipo po de c ons onstr trucc ucc ión, el diafragma, diafragma, que c omo hetro tr o del d el ca mpo magné ma gnéti ticc o. Es Esta ti onsis iste te en una lámina lámina delgad d elgada a d e pop osolución disminuye el rendi- mos dicho c ons miento mi ento del d el par pa rlante, ya ya que q ue las liéster, se recubre de una capa metálica de peespiras que quedan fuera del queño espesor y se suspende entre dos piezas de tela a metál metáliic a. entrehierro actúan como una tel G ene enerra lm lmente ente se se aplica a plica a es e stas piezas metáli metálicc a s resistencia pura que se eng ran d ifer ferenc encia ia de po potencial tencial (5k (5kV), par pa ra mancuentra en serie con las bobi- una gr nas que sí están están dentr d entro o del d el en- tener el diafragma a un potencial intermedio. Si Fig. 13 varía varí a la tensión tensión en el e l diafrag diafragma, ma, és é ste se se moverá mo verá en trehierro (figura 13). Otra solución consiste en aumentar el conjunto un sentido u otro. Por ejemplo, si en un instante su magnéticc o pa magnéti parra hac er el entr entrehierr ehierro o más anc ho y tensión se hace más positiva, se desplazará hacia así incrementar el rango dinámico de la bobina. la placa negativa y viceversa (figura 15). Veamos un ejemplo de un parlante que usa un Fig. 15 imán de d e c er erámica ámica magnética (fi (figur gura a 14).

Fig. 14 Parla ntes ele c tr Parla trost ostáá ti ticc os Los parlantes electrostáticos poseen un diafragma delgado y de muy bajo peso, generalmente de poliéster, que se coloca entre dos electrodos que no pr p rod oduce ucen n ningún ningún tipo tipo de señal ac a c ús ústi ticc a (s (se e Enciclopedia de Audio

Según lo explicado, se deduce que se puede usar un diafragma de área grande sin que éste produzca distorsiones, ya que la fuerza de atracción y/o repulsión actuará igualmente sobre todos 53


los puntos de su superficie. Así se obtiene un disposit itiv ivo o d e gr g ran lilinea nealilida da d. El pri princ nciipa pall prob probllema es que la di d ifer ferenc enciia de po po-tencial entre placas es tan grande que se podría producir una chispa que puede perforar el diafrag fr agma. ma. Ad Además emás,, la la ex e xc itac taciión debe de be ser po porr tensión, a diferencia de la excitación por corriente y baja impedancia que requieren los parlantes de bobina móvil. Otro problema es que el amplificador debe ser muy estable para todas las frecuencias, ya que de lo contrario puede oscilar al conectarse la gran capacidad del parlante electrostáticc o (este táti (este par pa rlant lante e pos po see el e levad evada a impeda nc nciia). Por tod todo o lo di d ic ho, la la mayor mayoríía de los ampli amplifi ficc ad adoores no pueden trabajar con parlantes electrostáticos, a menos que éstos estén específicamente diseñad os para trab trabajar ajar con co n este este tipo tipo de c argas.

reproducción de altas frecuencias con material piezoeléctrico, el cual utiliza un conjunto de láminas piezoeléctricas de configuración cilíndrica que posee una lente acústica que permite controlar la distorsión. Se lo conoce como “Tweeter H.P.M.” y posee una excelente respuesta en altas frecuenc ias, ya ya que la mas masa a de dell diafrag diafragma ma es e s de desspreciable.

Otros tipos de parlantes Existe innumerable cantidad de parlantes, cuyo principios de funcionamiento se basa en los ya descriptos y que no repetiremos debido a su gran similitud. Entre ellos podemos mencionar los siguientes: • Pa rlrla nt nt e ma m a gn g n é t ic o p la la no no : Se lo puede considerar como una variante del parlante electrostático pero cuyo principio de funcionamiento es el mismo que el del parlante dinámico. Mejora Parlantes piezoeléctricos Su funcionami funciona miento ento se se ba b a sa en e n las las deform defo rma a c iones su respues respuesta ta en e n frec frec uenc ia. que se produc producen en en e n un c ristal piezoeléc piezoeléctr triic o c uan• Par arllante “Ai “Airr Moti Motion on Trans ansfor former mer”” -AMT -AMT- : Es do se apli a plicc a una di d ifer ferenc enciia de po potencial tencial entr entre ssus us una variante del parlante magnético plano y poc aras aras.. La La señal de d e a udio a la sali alida da de dell ampli amplifi ficc a- see una excelente reproducción transitoria, desde dor (en tensión) se aplica en las caras laterales de la ga gama ma de d e medi med ias fr frec uencias hast hasta a frecuenc ias una lámina de cristal piezoeléctrico, para lo cual muy elevadas. utiliza elec• Pa rla n t e ATD : Se trata de un parlante que Figura 16 trodos me- posee varios diafragmas de muy baja masa sepatálicos de ra do doss po porr uni unida da de dess es estac tac ionari ionaria a s. Posee Posee exce excelente lente contacto. res espuest puesta a en baja b aja fr frec ec uencia. • Esta lámiParrlante Wals Pa Wa lsh: h: En En este este pa p a rlante el e l d iafrag iafrag-na va unida ma está construido de distintos materiales a los fimecánica- nes de rep eprrod oducir ucir toda la ga gama ma de d e las fr frec ec uenc uenciias mente a un de audio. Su funcionamiento es idéntico al parlandiafragma te dinámic dinámic o. que vibra al ritmo de las deformaciones sufridas p or el e l cri c risstal (figura 16 16). ). Auriculares Resu esult lta a un dis d ispo possit itiv ivo o idea ideall en a mpli mplifi ficc ad ores paLos auriculares llevan el sonido por separado a ra sordos, ya que posee muy alta impedancia. cada oído, sin producir interacción con la habitaSe lo usa también en receptores de radio portá- ción en que se utilizan. Por esta razón no se apretiles y en auriculares donde no es posible colocar cia el sonido según la intención con que fue grapa rlantes de mayor volumen. volumen. Pos Po see mala res espue puess- bado pero muchas veces resulta una experiencia ta en baja b aja fr frec ec uenc uencia ia y es fr frág ágilil si se se le ap lilicc a n popo - interesante. tencias elevadas. La potencia de excitación requerida es pequeSu rendimi rend imiento ento es ba jo y se los utili utilizza en seri erie e c on ña, razón por la cual se puede usar en equipos de un cap c apac ac itor que aís aíslla c ualqui ualquier er fuga fuga de c orr orrient iente e buen diseño con respuesta y linealidad constanc onti ontinua nua del d el ci c irc ui uito to de d e salida salida.. Lo Lo ide deal al serí sería a ac o- tes tes.. Llevan Llevan c ontr ontroles oles de volum vo lumen en sepa ra do doss y alguplarr este pla este pa p a rlante a tr tra a vés de un tra tra ns nsformado formadorr de nos son son pr p rovis ovistos tos de un contr c ontrol ol de mez mezcc la entre entre c a elevada imped mpedanc anc ia de sali alida da . Rec Rec ient ientemente, emente, la la nales para que el sonido parezca más natural. firma japonesa PIONEER diseñó un parlante para Este control se puede añadir como una unidad 54



separada para mejorar el efecto de realismo. Se fabrican modelos con transductores de bobina móvil y electrostáticos. Los electrostáticos son caros y no representan un aumento considerable en la calidad final del sonido producido. El modelo isodinámico Wharfedale utiliza un gran diafragma en el cual se bobinan los arrollamientos que constituyen el c onjunto móvil (bobina móvil). Esto se hace con el mismo método que se construyen circuitos impresos. A dichos arrollamientos se les aplica un campo magnético variable que hace vibrar el diafragma. Al aplicar este principio a los auriculares se han conseguido unidades de excelente calidad con muy poca coloración (“resonancia” que se presenta en alguna etapa del proceso de onda ac ústica). Su costo no es elevado. Hay muchas formas de clasificar los auriculares; así por ejemplo, teniendo en cuenta su acoplamiento con el pab ellón auditivo, los auriculares se pueden c lasificar en: • • •

Auric ula res Ab iertos Auric ula res Cerra dos A uric ula re s Se mia b ie rto s

En los auriculares abiertos, la almohadilla es acústicamente transparente de modo que el oyente no está aislado del ruido ambiente. En los auriculares cerrados el oyente queda aislado del ruido ambiente; generalmente realzan los tonos bajos y proporcionan una agradable sensación sonora. Un auricular semiabierto posee una almohadilla impermeable a las ondas ac ústicas generadas pero en el lado del transductor el auricular está abierto; por lo tanto, las características sonoras son las de un auricular abierto c on menos interac ción c on el ruido ambiente.

• • •

Direc tivida d Potenc ia má xima y mínima Rend imiento

I m p e d a n c i a : La impedancia del parlante (también llamado “altavoz”) no sólo depende de su principio de funcionamiento, sino también de su forma c onstructiva y los materiales empleados. Podemos considerar tres factores que determinan la imped anc ia d el parlante que son: a) La resistenc ia eléctric a de la bo bina. b) La reac tanc ia induc tiva d el arrollam iento (bobina móvil). c) La resistencia debida a las corrientes inducti- vas en la bobina a causa del campo magnético en el c ual se enc uentra sumergida c uand o se d es- plaza. La resistencia eléctrica se calcula como: R = ρ ( l/s), donde: R = resistencia eléctrica de la bobina, r = resistivida d del alambre empleado, L = longitud total del alambre, S = sec ción del alambre. La reactancia inductiva dependerá de la frecuencia y se c alcula de la siguiente manera: XL = 6,28 . f . L

donde: XL = reactancia inductiva de la bobina móvil, f = frecuencia de la señal que excita al parlante, L = inductancia de la bobina móvil. Se trata de que la reactancia inductiva sea la menor posible y para ello la bobina debe tener pocas vueltas. El tercer componente de la impedancia del parlante se debe a que en la bobina se producen dos efectos: una acción electromagmética que hac e que se mueva cuando es recorC a ra c te rístic a s té cnica s rrida por corriente; este movimiento provocará un Para elegir el parlante adecuado debemos estu- efecto secundario, ya que al moverse dentro de diar las características que brinda el fabricante y un ca mpo magnético se inducirá en ella una tenactuar en consecuencia, según nuestra necesi- sión y circulará una corriente entendiéndose que dad. Podemos resumir las características técnicas éste es un efecto resistivo. Este tercer componente de un parlante en las siguientes: es el más difícil de mantener constante ya que, en su movimiento, la bobina móvil arrastra al cono, ra• Resp uesta en frec ue nc ia zón por la cual el movimiento dependerá de la for• Frec uenc ia de reso na nc ia ma constructiva del parlante. Enciclopedia de Audio

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Si bien es conveniente que el pa rlante tenga impedancia constante en toda la gama de audio para no modificar la recta de carga del transistor de salida del amplificad or, esto es imposible. La impedancia del parlante se mide a una frecuencia de 1kHz. En el caso de parlantes para ba jas frec uencias, la impedanc ia se mide a 400Hz y en parlantes de alta frec uenc ia es usual medirlos a 4kHz (figura 17). Valores comunes de impedancia son: 3, 2; 4; 8 y 25 ohm. Tod os estos valores se especifican para una frec uencia elegida internac ionalmente en 1kHz.

Figura 17

Resistencia de la bobina móvil : Es la resistencia de la bobina móvil medida en c orriente continua y corresponde a la resistencia eléctrica de su devanado. Su dato es importante porque determinará la potencia disipada en calor por efecto J oule al paso de la corriente. Su valor es bajo, oscilando entre 2 y 16 ohm, aunque hay parlantes que poseen resistencias mucho mayores.

Re spue sta e n fre cue ncia : Proporciona el dato de la presión sonora generada por el parlante en función de la frecuencia. Para levantar la curva de respuesta en frecuencia se suministra al parlante una señal de igual potencia y frec uencia variable; luego se mide la p otencia sonora generada por dicho altavoz llevando los valores obtenidos a un cuadro. Con estos datos se construye la curva de presión sonora en función de la frecuencia (figura

18). Otros métodos más modernos utilizan un graficador para obtener la curva de respuesta en frecuencia del transductor electroacústico. En la curva de la figura se observan las variaciones de la presión sonora proporcionada por el parlante para una misma potenc ia de entrada y a distintas frecuencias. Nótese la variación en la respuesta en frecuencia; así por ejemplo, mientras que para 100Hz la presión sonora es de 17dB, para 1000Hz vale 28dB. El máximo, que se encuentra en la zona de ba jas frec uencias, corresponde a la “frec uencia de resonancia” del parlante. En el extremo superior se encuentra la frecuencia de corte, correspondiente a la máxima frec uencia que es capaz de reproduc ir esta unidad (fc). Nótese que a lo largo d e la gráfica ha y varias oscilaciones, pero éstas no son importantes mientras la diferencia en la presión sonora no supere los 12dB, aproximadamente, y no existan diferencias considerables entre picos y valles cercanos (el crecimiento o decrec imiento debe ser gradual). A la zona comprendida por las señales que no provocan una variación en la presión sonora superior a los 12dB se la llama “Centro de la Banda”. La frecuencia de corte será aquella para la cual la intensidad sonora cae aproximadamente 3dB del centro de la banda. Si en el centro de la banda hay algún pico de más de 5dB, provoca rá un sonido chillón; si hay varios picos de este valor, el sonido será hueco, mientras que si hay un valle pronunciado, el sonido emitido será “vac ío” o sin vida. Como es imposible conseguir un parlante que posea respuesta plana en toda la banda de audio, se recurre a la utilización conjunta de 2, 3 o más pa rlantes que trab ajen en distintos centros de banda para cubrir todo el espectro.

Frec uenc ia de resonancia: Es la frec uenc ia “me-

cánica” de resonancia (frecuencia de vibración del material) de la bobina móvil y el cono o diaFigura 18 fragma. Para conocerlo se aplica un impulso de tensión a la bobina móvil; al quitarlo, el cono vibrará a su frecuencia de resonancia. La importancia de este dato radica en que marca el límite inferior de la curva de respuesta en frecuenc ia del parlante. La frec uencia de resonancia se determina fácilmente a partir de la curva de variación de la impedancia del altavoz con la frecuencia, ya que

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produce un máximo de impedancia (figura 19). La frecuencia de resonancia depende del sistema mecánico de montaje, del material de construcción del cono, del sistema de suspensión utilizado, del diámetro del diafragma, etc. La frecuenFigura 20 cia de resonancia varía en relación inversa al diámetro del cono. Por ejemplo, un parlante de 5” de diámetro (12,5 cm) tendrá una frecuencia de resonancia mayor que uno de 12” (30,5 cm) de iguales características (figura 20). Asimismo, un parlante con cono construido con material rígido tendrá una frecuencia de resonancia superior que otro cuyo diafragma es ligero. Por último, digamos que una suspensión fuerte aumentará la frec uencia d e resonanc ia d el parlante.

Figura 19

Directividad : La directividad de un parlante se suministra a partir de sus diagramas polares. Su respuesta no es omnidireccional y posee características bien definidas. Generalmente se suministran varias curvas paFig.21 ra distintas frecuencias, pues a medida que aumenta la frecuencia el parlante se hace más directivo. Si no especifica lo contrario, se supone que la cara del parlante a punta a la posición 0° (figura 21).

Potencia máxima y mínima del parlante : La potencia máxima o potencia admisible es el valor máximo de potencia que se le puede aplicar al Enciclopedia de Audio

pa rlante (durante un c orto tiempo) sin que se destruya. Se llama potencia de régimen al máximo valor de potencia que puede soportar el parlante en un régimen continuo. Es menor que la potencia máxima admisible. La potencia de un parlante depende de sus dimensiones y forma constructiva (forma del cono, dimensiones de la bobina, sec ción del alambre de la bobina, etc.). En general, hay tres formas en que se c onstruyen los conos de un parlante: a) Co nos de p arede s rec tas b) Co nos de pa red es elíptica s c ) Conos de sec c ión plana

Los primeros soportan mayor potencia que los de sección elíptica y a su vez, éstos soportan mayor potencia que los de diafragma de sección plana (siempre hablando para un mismo diámetro del parlante). Digamos entonces que, pa ra que el parlante de graves o también de rango extendido soporte una potencia elevada, la bobina móvil deb erá ser larga para poder aumentar el recorrido del diafragma, pero esto disminuye el rendimiento del parlante. Para reproductores de tonos medios o altos esto no es necesario ya que para la misma potencia el recorrido del diafragma es bastante inferior. La potencia mínima depende del parlante y de su recinto acústico; es la potencia mínima que se le debe suministrar a la pantalla acústica para obtener un nivel confortable de audición.

Pa rla ntes pa ra tonos grave s Son parlantes cuya frec uencia de resonanc ia es muy baja, con el objeto de que puedan reproducir tonos muy bajos. De esta manera, debe ser una unidad de grandes dimensiones, ya que la frecuencia de resonancia guarda relación inversa con el diámetro del diafragma. Cuando se le aplica una señal de baja frecuencia, el rendimiento del parlante es bueno, ya que se mueve todo el diafragma en conjunto. En la medida que aumenta la frecuencia, el desempeño del cono no es tan bueno y sólo irradia energía la porción que se encuentra en el centro, cerca de la bobina, permaneciendo inmóvil el resto del cono. De esta manera, el rendimiento de una uni57


dad de bajos o WOOFER (pronúnciese “uofer”), disminuye a medida que aumenta la frecuencia. La frecuenc ia de resonanc ia de una unidad reproductora de baja frecuencia debe ubicarse en torno de los 20Hz. Debe poseer una respuesta casi plana (en la curva idea lizad a del altavoz) hasta el límite inferior de las frecuencias vocales, y la frecuencia de corte se debe ubicar alreded or de los 4000Hz. Sin embargo, cuando se conectan varios parlantes que abarcan toda la banda de audio, la frecuencia de corte puede ubicarse alrededor de 1kHz. El diámetro del parlante debe ser superior a las 10” y su cono será rígido pero con una suspensión suave. Generalmente el cono no es muy ligero; la suspensión posee corrugaciones flexibles en el borde externo de dicho diafragma. En general, hay dos formas de construir parlantes de baja frecuencia: a) Un sistema consiste en colocar un anillo moldea do q ue desac opla la parte del diafragma que se encuentra alrededor de la bobina móvil con el objeto de eliminar la reproducción de tonos altos (figura 22).

La bobina móvil se construye así pues debe efec tuar un largo rec orrido por el entrehierro magnético durante la reproducción de señales de ba jas frec uencias. El entrehierro, a su vez, debe poseer Figura 24 un campo magnético de densidad uniforme para todo el recorrido de la bobina móvil. En muchas ocasiones, cuando se requiere un p arlante de mucha calidad, se fabrica el entrehierro de modo que sea mucho más largo que la bobina, para que esta última pueda desplazarse a lo largo del mismo sin que ninguna espira salga de la zona donde el campo magnético es uniforme. Este resulta un diseño caro, pero es imprescindible cuando el diámetro de la bobina debe ser grande (figura 24). En este caFigura 25 so no se aprovecha la totalidad del campo magnético Figura 22 y por lo tanto disminuye el rendimiento del parlante (figura 25).

Pa rla nte s pa ra tonos m e dios Deben ser pa rlantes de mínima distorsión pues su No es un parlante muy común y su frec uenc ia de desempeño se advierte muy fácilmente, ya que corte generalmente no alcanza los 3kHz. deben reproducir la mayor parte de los sonidos. b) El sistema más utilizado consiste en el uso de Debe poseer una frec uencia de resonanc ia no suuna bobina móvil de diámetro grande y larga. El perior a los 200Hz y una frecuenc ia de c orte del ordiafragma es generalmente pesado pero construi- den de los 7 u 8kHz. do con material blando. Se construye así, pues la El sonido comprendido entre estas frecuencias bobina debe efectuar un rec orrido que a veces al- define “el carácter” de la grabación ya que la canza o sobrepasa los 20 mm (figura 23). parte media del espec tro es la región en la cual el oído humano es más sensible. El “SQUAWKER” (proFigura 23 núnciese “scuíquer”), reproductor de medios, es el parlante que más introduce el efecto de coloración, razón por la cual su diseño es delicado. Para evitar intermodulación con los sonidos de baja frecuencia emitidos por el woofer, se suele aislar al squa wker mediante una cubierta rígida. Por ejemplo, un reproductor de medios común puede poseer las siguientes características: 58



pequeña. En la boc a de la boc ina, la masa d e aiDiám etro d el c ono ...............................6” (15 c m) re es grande en c omparac ión con la existente en Resp uesta en frec uenc ia ................200 a 8000Hz la cámara mientras que la presión es reducida. Las bocinas se utilizan para aumentar o reforzar Diá me tro de la b ob ina m óvil.............1” (25 mm) Impedancia a 1kHz......................................8 ohm sonidos, tal es el caso cuando uno se lleva las maPeso ....................................................1500 gramos nos a la boca, ahuecándolas en torno de los laProfund ida d .................................................80 mm bios, para hacerse oír a distancia. Retornando a los reproductores de tonos altos Pote nc ia ad misible ....70 wa tt (a 1kHz c ontinuo) convencionales, digamos que existe el modelo El diafragma debe ser liviano y no necesaria- “DOMO RADIANTE” que incluye su propia caja mente grande, pues no reproducirá tonos bajos. ac ústica, en forma de boc ina, con el fin de ensanchar el haz en que se concentran los sonidos aguPa rla ntes pa ra tonos ag udo s dos, para lograr su mejor difusión. Además, estos Se trata en este caso de parlantes con el dia- “tweeters” (pron. “twiters”), reproductores de agufragma de pequeñas dimensiones, ya que tam- dos, son blinda dos en su parte trasera con una carbién lo serán caza metálica, con el fin de evitar la interacción las longitudes con otros parlantes. de onda de Son parlantes caros y se destruyen de inmedialas señales to si se les aplica alguna señal de b aja frec uencia. que deben reproducir. La FILTRO S D IVISO RES DE FRECUENCIA frecuencia de Se denominan filtros divisores de frec uenc ia a las resonanc ia de unidades diseñadas para separar las señales de estos parlan- audio con el objeto de que puedan aplicarse al Fig. 26 tes se sitúa por parlante adecuado. Los filtros son generalmente encima de los 2000Hz mientras que la frecuencia circuitos pasivos compuestos por inductores y cade corte es superior a los 20kHz (figura 26). En la ac- pacitores que se basan en el principio por el cual tualida d se diseñan pa rlantes del tipo trompeta es- un capacitor deja pasar con mayor facilidad las pecíficamente para reproducir señales de alta fre- señales de alta frecuencia ofreciendo una reaccuencia. Este tipo de altavoces consiste en agre- tancia considerable al paso de los tonos bajos gar una trom- mientras que un induc tor (bobina) permite el paso peta de mate- de las señales de baja frecuenc ia, bloqueando los Figura 27 rial rígido a la tonos altos. El filtro más sencillo consistirá en colounidad de ex- car un capacitor en serie con el tweeter y un incitación, del ti- ductor en serie con el woofer; luego ambos conpo dinámica juntos se conec tan en paralelo (figura 28). (figura 27). Las fórmulas de cálculo de este filtro son: La unidad de excitación 1 está c onstituida por el circuito magnético q ue proC = ——— vee el imán permanente, la bobina móvil que es 2πfZ de grandes dimensiones y el diafragma q ue es rígido y de dimensiones reducidas. La trompeta poZ see una cámara sonora y la boca. L = ——— Dicha trompeta funciona como un adaptador 2πf Figura 28 acústico bajo el mismo principio de funcionamiento que un transformador. En la garganta de la donde: trompeta (cámara sonora) la presión del aire es C = capac itor a colocar en serie c on el tweeter. grande mientras que la masa de aire alojado es L = inductor a colocar en serie con el woofer Enciclopedia de Audio

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Z = impedancia del altavoz f = frecuencia de c ruce del divisor La frecuencia de cruce es la frecuencia para la cual se cortan las curvas de respuesta del inductor y capacitor (figura 29). Otra forma de conseguir una derivación de las señales de distintas frecuencias consiste en colocar un inductor Figura 30 en paralelo c on el tweeter y un capacitor en paralelo con el woofer; luego el conjunto se conecta en serie (figura 30). Las fórmulas de cálculo son las mismas que en el ejemplo anterior. Con esta configuración aumenta la impedancia de la carga. Con estos dos filtros se consigue una atenuación de 6dB/octava; esto quiere decir que en el circuito del ejemplo 1, para 5000Hz la señal sobre el woofer se atenuó 6dB y para 1250Hz la señal sobre el tweeter es atenuada en igual cantidad. Si se quiere Figura 31 obtener un filtro divisor de frecuencias de 2 vías de mayor efectividad basta con combinar los efec tos de los dos circuitos anteriores (figura 31). Por supuesto, es un filtro de mayor efectividad (12dB/octava), cuyo análisis resulta muy sencillo, una vez comprendido el func ionamiento de los filtros simples. En este c ircuito L1 =L2 y C 1 =C2. Las fórmulas de cálculo son las siguientes:

Figura 29

Z√ 2 L =————— 2πf 60

;

1 C =———— 2πfZ√ 2

donde: L = inductor de filtro C = capacitor de filtro Z = impeda ncia de los parlantes f = frec uencia de cruce Filtros divisores de fre c ue nc ia d e 3 vía s Se utilizan para conectar un parlante reproductor de agudos (TWEETER), otro reproductor de medios (SQUAWKER) y un tercero reproductor de bajos (WOOFER). Un filtro sencillo consiste en colocar un inductor en serie c on el woofer; un inductor y un ca pacitor en serie con el Figura 32 squawker (todos en serie) y un capacitor en serie con el tweeter; luego, los tres conjuntos se conectan en paralelo, tal como se muestra en la figura 32. L1, dejando pasar los tonos bajos hacia el woofer, impide el paso de las señales de alta frecuencia, mientras que C3, permitiendo el paso de los tonos altos hacia el woofer, ofrece alta impedancia a los tonos bajos. C2 y L2 forman un circuito resonante que ofrece mínima imped anc ia en el rango de las frec uencias voc ales (frec uencia media). Este sistema proporciona una atenuación de 6dB/octava.

Las fórmulas de cálculo son las siguientes: Z L1 = ——— 2πf1

Z L2 = ——— 2πf2

1 C2 = ——— 2πZf1

1 C3 =——— 2πZf2

donde: f1 = frecuencia de cruce entre el woofer y el squawker f2 = frecuencia de cruce entre el squawker y el tweeter Enciclopedia de Audio


Figura 33

La figura 33 muestra un sistema divisor de frecuencia de tres vías con frecuencias de cruce de 500Hz y 5000Hz cuando se utilizan parlantes de 8 ohm si se quiere

lante cae al 70,7% del valor máximo (el otro 29,3% caerá en el capacitor o en el inductor, según el caso). Si ahora se tiene en el divisor de frecuencias un capac itor conectado al tweeter y una bobina en serie con el woofer, las curvas de respuesta serán complementarias. Los elementos pasivos se eligen de forma tal que el comportamiento de los filtros sea perfectamente complementario (figura 36).

Figura 36

una a tenuación de 6dB/octava. De la misma manera que en un divisor de frecuencia de 2 vías, si se utiliza la acción combinada de bobinas y capac itores para c onstruir la red de filtro de c ad a parlante, se puede conseguir una atenuac ión de 12dB/oc tava (figura 34).

Figura 34 Al considerar ambos circuitos en conjunto, se busca obtener una respuesta plana en todo el espectro, es decir, que la tensión de salida del con junto se mantenga siempre por encima del 70,7% de la tensión máxima (figura 37).

Figura 37 ¿ Q u é d e t e rm in a la fre c u e n c i a d e c ru c e ? Sabemos que en un circuito oscilante se llama frec uencia d e c orte aquélla en la cual la a mplitud de la señal cae Figura 35 al 70,7% de su valor máximo; así se tiene una frecuencia de corte inferior a f1 y una frecuencia de c orte superior a f2. La diferencia f2 - f1 es el ancho de banda del circuito (figura 35). Si consideramos un divisor de frecuencia compuesto por una sola bobina o un solo capacitor, se tendrá sólo una frecuencia de corte. Esta frecuencia será aquélla para la cual la tensión en el parEnciclopedia de Audio

Al valor de frecuencia para el cual se cruzan ambas curvas se la denomina FRECUENCIA DE CRUCE y en ese momento la mitad de potencia que suministra el amplificador cae en el woofer e induc tor y la otra mitad en el tweeter y capacitor (recuerde que 0,707 . Vmax equivale a un punto de potencia mitad). Cuando se utiliza un divisor de frecuencias de tres vías hay dos frecuencias de cruce: la correspondiente a la vía de graves con la de medios y la debida a la vía de medios con la de agudos (figura 38). Ahora bien, cuando se coloca un divisor de frecuencias a un parlante, su curva de respuesta en frecuenc ias puede verse seriamente afectada a causa de la frecuencia de resonanc ia del parlante, o de la frec uencia d e re61


de fase, lo que hace que sus efectos se anulen parcialmente. Para entender esto supongamos que el diafragma se desplaza hacia adelante; el aire situado frente a él será c omprimido mientras que la masa de aire situada en la parte posterior del diafragma Fig. 38 sufre una depresión. El frente de ondas que se genera en la pa rte anterior del cono a vanza en toda s direc ciones alcanzando la parte posterior; en ese momento “llena” la depresión c ausada por el movimiento del cono y así se a nula la onda sonora generada (figura 41).

Fig. 39

Fig. 41 sonancia entre elementos del filtro y bobina móvil. Veamos un caso en la figura 39. En la c urva real del parlante a coplado al divisor resistivo se ven dos máximos: uno coincide con la frecuencia de resonancia del parlante y el otro se debe a la frecuencia de resonancia entre el capacitor del filtro y la bobina móvil (figura 40). El circuito R1-L1-C1 elimina el pico de resonancia del parFig. 40 lante y se utiliza en la conexión de parlantes reproductores de medios y agudos. El filtro R2-C2 elimina el pico debido a la resonancia del capacitor de filtro c on la bobina móvil y se conecta en cualquier parlante (WOOFER, SQUAWKER y/o TWEETER).

BAFFLES O C AJAS A CÚSTICAS Todos los parlantes, sin su rec into acústico tienen un rendimiento muy pobre; esto se debe a que los mismos emiten sonido en toda s direc ciones (especialmente los reproductores de bajos), incluso por su parte posterior. El hecho d e que un parlante irradie energía no sólo por el frente sino también por su parte posterior es contraproducente ya que las dos ondas sonoras generadas están en oposición 62

El efecto causado explica la diferencia de fase entre las ondas generadas por la parte anterior y posterior del diafragma. Para evitar este efecto se coloca al parlante en una caja acústica que impida la acción de una onda sobre la otra; para ello debe aislarse la masa de aire que se encuentra en el frente del diafragma con la situada en la parte posterior. El efecto de “aislación” que produce una caja acústica se conoce con el nombre de “BAFFLE” (del inglés: deflector), nombre con el cual generalmente se lo conoce. El propósito del “baffle”, además, es lograr una adaptación del parlante c on el aire; elimina fenómenos estacionarios y de resonancia, etc. Baffles infinitos Como se dijo, el propósito de una caja a cústica es el de eliminar la interacción entre las ondas sonoras generadas por la parte anterior y posterior del cono del parlante. El recinto acústico perfecto consistirá en colocar el parlante en la pa red divisoria de dos habitaciones perfectamente iguales para que ambas caras del diafragma puedan desplazar la misma masa de aire (figura 42). De esta manera se logra que ambos frentes de Enciclopedia de Audio


Figura 42

onda, genera- tenga buen rendimiento el parlante debe poseer dos en contra- alta elasticidad; es decir, la fuerza de retorno del fase, no inter- cono debe ser muy débil. El elemento móvil debe fieran y una tener una floja suspensión y el sistema magnético h a b i t a c i ó n debe permitir grandes desplazamientos del cono reciba las on- sin que la bobina móvil aba ndone la región de fludas genera- jo constante. El interior de la caja debe rellenarse con algún das en la parte anterior del material absorbente del sonido, c omo pueden ser cono y la otra, diversos plásticos tales como el poliuretano, lana de vidrio, o por cartón corrugado, etc. Esto impelas generadas en la parte posterior. Sin embargo, esta solución es generalmente im- dirá que las paredes de la caja puedan vibrar y practicable ya que se requieren dos habitaciones transmitir parte de la energía del frente de ondas parecidas y en ambas se escuchará simultánea- posterior al exterior de la c aja. mente el sonido. El inconveniente del ba ffle infinito es que la totaLa pantalla acústica más empleada en los equi- lidad d el frente de onpos domésticos utiliza una caja cerrada de sus- da emitido por la capensión neumática. En esta caja, la membrana ra posterior del cono del pa rlante cierra herméticamente la caja, y el ai- se elimina en el intere contenido en su interior amortigua su movimien- rior del recinto, razón to. De esta manera, el frente de onda posterior no por la cual el rendipuede salir del interior de la caja e interaccionar miento del parlante, con el otro frente de ondas. Este efecto se logra a que es el de menor costa de empeorar las condiciones de trabajo del rendimiento en la caparlante por elevación de su frecuencia de reso- dena audiofrecuente, Fig. 45 nancia, ya que la masa de aire encerrada en la se reduce a la mitad caja estará sometida a compresiones y depresio- (figura 45). nes muy granEste sistema, si bien permite mejorar la calidad des haciendo del sonido por impedir la mezcla de las ondas Figura 43 que la sus- ac ústicas de baja frecuenc ia, presenta el inconvepensión del niente de aumentar la frecuencia de resonancia cono se com- del altavoz y oc asionar una pérdida considerable porte como si del nivel sonoro. fuese más rígiLa solución a este último problema consiste en da (figura 43). aprovec har la onda trasera del parlante de forma Por lo tanto, que no perjudique la calidad del sonido. Se debe no conviene hacer recorrer a la onda posterior un determinado que el volumen de la caja sea pequeño, pues camino acústico para que pueda mezclarse con cuanto menor sea el volumen de aire encerrado la emitida por la parte frontal del parlante con la en la c aja, mayor será la frec uencia de resonancia misma fase. Es decir, debemos lograr que la onda del parlante posterior invierta su fase para que pueda sumarse y disminuirá con la frontal con el objeto de obtener el óptimo Figura 44 su respuesta rendimiento del parlante (se aprovecha toda la en la zona energía que el parlante irradia). de graves (fiEn la práctica, entonces, se debe hacer que la gura 44). Por onda posterior recorra un camino cuya longitud supuesto, pa- sea igual a la mitad de la longitud de onda de la ra que la pan- frec uencia más baja que se desea reproducir, con talla acústica el objeto de ponerla en fase c on la onda frontal. Enciclopedia de Audio

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Esto no se puede lograr direc tamente, ya que la caja debiera ser de enormes dimensiones (figura 46). En realidad, la puesta en fase Fig. 46 de la onda posterior se pondrá sólo para una frecuencia y tendrá un efecto aceptable para una pequeña gama de frecuencias en torno de aquélla que cumple dicha condición; pero como son las notas graves las que se desplazan en todas direcciones, son las únicas que pueden mezclarse y así producir distorsiones, si es que no están en fase. Las notas medias y agudas son más direccionales y es muy problemático hacerlas rec orrer un ca mino que no sea rectilíneo. Con lo dicho, puede resumirse que se aprovecha de un 90 a un 100% de las notas graves reproducidas debido a la suma en fase de las ondas frontal y posterior mientras que solamente se reproduce un 50% de las notas medias y agudas. Pero esto no es un problema si se tiene en cuenta que el mayor contenido energético de las grabaciones sonoras corresponde en general a la gama de las frecuencias bajas. C aja reflec tora d e ba jos Consiste en una caja cerrada, provista de una abertura para “escape de graves”, comúnmente llamada ventana, por la cual sale la onda posterior invertida en fase. Generalmente se la llama REFLEX o “BASS REFLEX”. Hay muchas formas de construir una caja réflex; la más sencilla consiste en practicar sobre la caja una abertura para el parlante y otra para el escape de graves. La inversión de fase se consigue para una distancia adec uada entre a mbas aberturas. Este tipo de caja resulta muy voluminosa y comúnmente no se usa. Otro sistema réflex muy utilizado para reducir el pico de resonancia del parlante y disminuir su frecuencia de resonancia c onsiste en practicar una o dos aberturas rectangulares denominadas ventanas. 64

Su funcionamiento se basa en la resonancia mecánica del baffle, cuya frecuencia depende del volumen de la caja y del área de la ventana. Cuando nos acercamos a la frecuencia de resonancia de la caja, la carga que el aire ofrece al parlante, dentro de la caja, es mayor que para otras frec uencias, lo que hac e que las oscilaciones del cono a esta frec uencia sean leves. Si se hace c oincidir la frec uencia de resonanc ia del baffle con la de la caja, se amortigua el “pico” de la onda sonora en su frec uencia d e resonanc ia, así aumenta el rango de frecuencias reproducibles por el conjunto, debido a la rad iac ión sonora proveniente de la ventana. Cuanto menor es el volumen de la caja, mayor es su frecuencia de resonancia, mientras que cuanto menor sea la superficie de la ventana menor será la frecuencia de resonancia. En otras palabras: “La frecuencia de resonancia de una caja ‘bass reflex’ es directamente proporcional al área de la abertura e inversamente proporcional a su volumen”. Si el estudiante analiza el camino que debe recorrer la onda posterior para provocar la inversión de fase en 180°, entenderá que el mismo es muy grande e impracticable; sin embargo, en este tipo de cajas, la inversión se produce c uando las frecuencias de resonancia del parlante y caja se igualan y, en este caso, la distancia que debe recorrer la onda sonora para sumarse con la señal frontal es mucho menor. De todos modos, esta c aja es de grandes dimensiones y sólo se usa pa ra espec tác ulos y por profesionales (figura 47). En síntesis, está técnica aprovecha el hecho de que el volumen de aire contenido en el interior de la c aja posee su propia frec uencia de resonancia, lo que significa que habrá una frecuencia para la cual, el escape de graves se hace máximo; este máximo escape de graves se hace c oincidir con Fig. 47 la frec uencia de resonancia del parlante, que es la mínima frecuencia capaz de ser reproducida por el altavoz. FIN Enciclopedia de Audio

Ecualizad or de disc os ........................................35 Red de ec ualiza c ión e stánda r............................36 Etapa s de salida ................................................37 Etapas amplificadoras clase B............................39 C a p í tu lo 1 Amplificador push-pull a transformador..............39 I n tro d u c c ió n a l a u d i o Distorsión por c ruc e ...........................................40 Etap a d e salida c omplementaria .......................40 El oído humano y la música .................................1 Etap a s excitado ra s ............................................41 El oído humano y los altopa rlantes ......................3 Amplifica dores de potenc ia d e salida Alta fide lida d ......................................................6 cuasicomplementaria.........................................42 (A) Equipos de audio convencionales..................7 Amplific ad ores de ac oplamiento direc to ...........44 (B) Equipo s de aud io de alta fidelida d (HIFI)........7 Amplificador diferencial.....................................45 (C ) Equipo s de aud io High End ............................8 Distorsión en amplificadores...............................45 Algunas observaciones sobre Distorsión a rmónic a ............................................45 espec ifica c iones téc nic as ...................................8 Distorsión por intermodula c ión ...........................46 Datos espec iales para e quipos High End ............10 Rango dinámico d e un amplific ad or ..................47 La c ad ena d e a mplifica c ión de a udio ...............10 Amplifica do res de salida e n puente ...................47 Sistema "Quad" ..................................................48

INDICE

C a p í tu lo 2 Válvulas y semiconductores Un poco de historia............................................12 El mundo de las válvulas....................................13 Al c omienzo estab a n los diodo s .........................13 Los triodos..........................................................15 El tetrodo...........................................................17 El pe ntod o .........................................................17 El mundo de los semiconductores.......................18 Diodo s y transistores...........................................18

C a p í tu lo 4 Pa rla n te s y c a j a s a c ú stic a s

Introd uc c ión ......................................................49 Constitución de los parlantes.............................49 C lasific ac ión de los parla ntes ............................49 Imán pe rmane nte y yugo ...................................50 Bobina móvil......................................................50 C ono o d iafrag ma .............................................50 Suspe nsión interna de l co no o araña .................51 Suspensión externa del cono..............................51 C a p í tu lo 3 Campana o cuerpo principal.............................51 A m p l ific a d o re s d e a u d io C ab les de c onexión de la b obina móvil - polarización............................................51 C ontroles de tono ..............................................21 Principio de funcionamiento de un parlante Controles de tono pasivos..................................22 dinámico ...........................................................52 Rea limentac ión nega tiva ...................................26 Parlantes electrostáticos....................................53 Rea limentac ión multieta pa ................................28 Parla ntes piezoeléc trico s ...................................54 Realimentación en controles de tono Otros tipos de parlantes.....................................54 Sistema Baxenda ll ..............................................29 Auriculares.........................................................54 Filtros.................................................................29 Características técnicas.....................................55 C ontroles de volumen y ba lanc e ........................31 Parlantes para tonos graves...............................57 Preamplificadores..............................................32 Parlantes para tonos medios..............................58 a) Fono c ristal ...............................................33 Parlantes para tonos agudos..............................59 b) Fono magné tico ........................................33 Filtros divisores de frec uenc ia ............................59 c ) Sintonizado r ..............................................33 Filtros divisores de frec uenc ia d e 3 vías..............60 d) C inta ........................................................33 Baffles o cajas acústicas....................................62 e) Mic rófono .................................................34 Ba ffles infinitos...................................................62 Ec ualiza c ión ......................................................34 C aja reflec tora d e ba jos....................................64

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