Equipos de Sonido

Ciclo Formativo Equipos Electrónicos de consumo

Manuel Valenzuela Adamuz Escuela De Enseñanza Ave María – San Cristóbal Ctra de Murcia S/N

1. El sonido. 2. Micrófonos. 3. Altavoces y auriculares. 4. Filtros divisores de frecuencia y cajas acústicas. 5. Conexionado de equipos. 6. Sistemas de Sonorización. 7. Diseño de instalaciones electroacústicas. 8. Preamplificadores. 9. Amplificadores de potencia. 10. Mezcladores. 11. Ecualizadores. 12. Compact Disc. 13. Equipos de emisión-recepción de radio. 14. Magnetófonos y cassettes. 15. Sonido de Cine 16. Sistemas digitales de control. 17. Reparación de Averías electrónicas Manuel Valenzuela Adamuz Escuela De Enseñanza Ave María – San Cristóbal Ctra de Murcia S/N

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Tema nº 1: El Sonido

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El Sonido: Naturaleza, magnitudes y fundamentos El sonido es un movimiento vibratorio de los cuerpos que se propaga a través de medios elásticos materiales como pueden ser el aire, el agua, etc. Lo produce un objeto vibrante que cede parte de su movimiento vibratorio a las partículas del medio que lo rodean, y se desplaza a través de éste transportando energía a una determinada velocidad. Se detecta (se oye) al ceder las partículas vibrantes del medio parte de su movimiento vibratorio a un diafragma móvil, tal como el diafragma de un micrófono o el tímpano del oído humano. Al incidir la vibración sonora en el tímpano del oído, éste vibrará aproximadamente a la misma frecuencia que la del objeto que produce la vibración (por ejemplo, un instrumento musical). Esta vibración la transforma el sistema auditivo en estímulos nerviosos, que transmite al cerebro, produciéndose así la sensación auditiva. Según la definición dada, podemos considerar al sonido en su doble vertiente: • •

Fenómeno físico, que consiste en una vibración mecánica que se desplaza por un medio elástico y que es capaz de producir una sensación auditiva. Fenómeno fisiológico, en este caso es una sensación auditiva producida por una vibración mecánica que ha utilizado un medio elástico para propagarse.

La física del sonido denominada acústica se ocupa fundamentalmente de las vibraciones sonoras presentes en un medio elástico, su producción, propagación y detección (audición por el ser humano). En otras palabras, la relación entre el estímulo (lo que existe físicamente) y la percepción resultante (lo que se oye).

1. ACUSTICA FISICA. EL SONIDO COMO FENOMENO FISICO. Como experiencia para comprender fácilmente la naturaleza y características del Sonido, podemos tomar una lámina de acero y sujetarla por su extremo inferior en la boca de un tornillo mecánico, como podemos observar en la Figura 1a. Suponiendo que el medio que rodea a la lámina es el aire, la doblamos hasta la posición P' o P''; si en cualquiera de estos puntos se suelta se observa cómo empieza a oscilar (vibrar) a la vez que se percibe un sonido que se va a propagar por el aire, cuya presión puede cambiar como consecuencia de las características de dicha vibración. Efectivamente, cuando la lámina inicia su movimiento y pasa de la posición P' a la de P'', comprime el aire situado a su izquierda y descomprime el aire que está a su derecha. Es decir, a su izquierda se produce un aumento de presión o compresión, mientras que a su derecha se produce una depresión o descompresión. Al llegar la lámina a la posición P'', se inicia el movimiento alternativo en sentido inverso al camino recorrido anteriormente y se produce una depresión a la izquierda y una compresión a la derecha. Si analizamos un punto cualquiera del recorrido citado, se observa que en él se producen variaciones instantáneas y continuas de presión. Podemos examinar estas variaciones en función del tiempo y representarlas sobre un eje de coordenadas, para ello tomaremos la posición Po como inicial, es decir, como posición de reposo (Figura 1b). Al iniciarse el desplazamiento de la lámina desde P' a P'' se comprime el aire en su izquierda, aumentando la presión en todos los puntos de esta cara de la lámina hasta que llega a la posición P'', donde se alcanza la máxima presión. De nuevo inicia el

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movimiento en sentido opuesto, aumentando la presión ahora a la derecha de la lámina y disminuyendo en los puntos situados a su izquierda. Las presiones a un lado y a otro de la lámina quedan equilibradas al pasar ésta por la posición Po. El valor máximo de depresión alcanza al lado izquierdo cuando la lámina se encuentra en la posición P', e inicia de nuevo el recorrido en sentido inverso hacia P", pasando de nuevo por la posición inicial Po. Al producirse el sonido creado por la lámina aparecen una serie de compresiones y descompresiones de las partículas del aire que la rodean, lo cual permite que la presión atmosférica del aire varíe por encima y por debajo de la presión estática. Todo este proceso descrito se puede representar en función del tiempo sobre un eje de coordenadas, con lo que obtendríamos una onda alterna (fenómeno periódico, ya que se produce idénticamente en intervalos de tiempo iguales) como la representada en la Figura 1.b, en la cual cada valor de la posición de la lámina se ha designado por la letra correspondiente a la posición que ocupa en su movimiento alternativo de ida y vuelta. Ahora bien, el movimiento producido por la lámina se extinguiría con el tiempo y cesará el sonido que produce, y por tanto, la sensación auditiva.

a)

b) Figura 1. Experiencia demostrativa del sonido.

2. CARACTERISTICAS DE LAS SEÑALES SONORAS. Todas las señales sonoras se caracterizan por unos valores físicos elementales que son relativamente sencillos de determinar para señales de amplitud y frecuencia constante, pero que se vuelven más complejos cuando las amplitudes y las frecuencias varían arbitrariamente con el tiempo. A continuaci6n pasamos a analizar las diferentes características y magnitudes que definen una señal sonora pura que contenga un solo tono y cuya amplitud sea constante, parámetros que en la práctica son bastante más complejos, ya que existen sonidos que no son tonos puros en lo que su amplitud y su frecuencia pueden variar con el tiempo.

2.1. Velocidad del sonido. La velocidad de propagación de la vibración sonora depende de la masa y de la elasticidad del medio que atraviesa, en definitiva de la naturaleza de éste. Dicha velocidad es para el aire, a 0º C, de 331 m/s, y para el mismo medio, a 20º C, de 343 m/s, con lo que podemos deducir que varía con la temperatura. Normalmente se considera como valor estándar para los cálculos 340 m/s. Si llamamos λ a la longitud de onda y la definimos como la distancia entre dos valores máximos sucesivos o entre dos valores mínimos sucesivos de presión de una onda plana (onda que se propaga, alejándose de la fuente, en una única dirección), y sabiendo que la velocidad es igual al cociente entre el espacio recorrido y el tiempo que se tarda, podemos deducir que la velocidad de propagación del sonido en un medio dado es: v=λ/T, donde v es la velocidad del sonido y T es el periodo.

2.2 Frecuencia y periodo del sonido. Cuando a la lámina metálica utilizada anteriormente la hacíamos vibrar, ésta oscilaba desde la posición P' a la opuesta P", lo que comprimía el aire en un sentido y lo descomprimía en el sentido

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opuesto. La serie de compresiones y descompresiones producidas por el movimiento de la lámina constituirán una onda sonora cuya frecuencia está determinada por la velocidad de oscilación de la lámina. Cuando el movimiento se repite, se dice que éste ha completado un ciclo o periodo. Al número de ciclos o vibraciones de lámina por segundo se le denomina frecuencia F. La unidad de frecuencia es el hertzio (Hz); 1 Hz = 1 ciclo/segundo. Al tiempo necesario para que se repita una oscilación completa de la lámina se le conoce como periodo T (Figura 3). La relación entre la frecuencia y el periodo viene representada por la expresión:

f =

1 T

2.3. Longitud de onda. La longitud de onda λ es la distancia recorrida por un frente de onda plana en un tiempo igual a un periodo. En las expresiones adjuntas podemos observar la relación existente entre la frecuencia f, período T, longitud de onda λ y la velocidad del sonido v de una onda.

λ = v ×T =

v f

El gráfico de la Figura 2 relaciona la longitud de onda con la frecuencia para la velocidad del sonido en condiciones normales. Observar cómo los sonidos con bajas frecuencias tienen longitudes de onda largas y viceversa. La longitud de onda tiene una relación directa con las dimensiones de los altavoces, de ahí, que los sonidos de mayor longitud de onda (frecuencias bajas) requieran altavoces de mayores dimensiones para reproducirlos correctamente y eficientemente.

Figura 2. Longitud de onda en función de la frecuencia en condiciones normales.

EJEMPLO: Para calcular la longitud de onda de un altavoz que vibra con una frecuencia de 10.000 Hz, tenemos:

λ=

v 340m / s = = 0,034m f 10.000 Hz

3. MAGNITUDES BASICAS DE LAS SEÑALES SONORAS.

3.1. Valores instantáneo, eficaz, máximo y medio de una señal sonora. En una señal sinusoidal (Figura 3), en general, podemos observar los diferentes valores fundamentales de amplitud que puede tomar una onda y que vienen determinados por: Valor instantáneo (v), Valor máximo (Vmáx), Valor de pico a pico (Vpico /pico), Valor eficaz o RMS (Vrms), valor medio (Vmed).

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Figura 3. Señal sinusoidal en la que se observan las magnitudes de una onda sonora.

3.2. La intensidad sonora. Si volvemos a realizar la experiencia con la misma lámina metálica comentada anteriormente, pero esta vez separándola aún más de su posición de reposo Po, hasta una posición P´1' al soltar la lámina vibrará a la misma frecuencia, pero los desplazamientos de aquélla en su movimiento de vibración serán superiores, provocando unas mayores compresiones y descompresiones en el medio y produciendo unas desviaciones mayores en la membrana timpánica de nuestro oído, por lo que será más intensa la sensación auditiva, tal y como se muestra en las Figuras 4.a,b.

Figura 4. Distintas intensidades sonoras

Efectivamente, la energía creada por la lámina al vibrar es mayor cuando aumenta la amplitud de sus vibraciones, incrementándose la energía transportada por el medio. Como consecuencia, la energía que llega a nuestro oído debe ser mayor, provocando una vibración más acentuada en el tímpano. Supongamos que la fuente sonora indicada (por ejemplo un altavoz) emite una potencia acústica W en todas direcciones (Figura 5). Esta potencia acústica atravesará una superficie esférica de radio r (la superficie de una esfera es S= 4πr2). Así podemos definir intensidad sonora I como la relación existente entre la potencia generada por una fuente sonora y la superficie atravesada.

I=

W 4πr 2 2

Donde I es la intensidad sonora que se expresa en W/m , W es la potencia acústica generada por la fuente sonora dada en watios y r es el radio de la esfera desde el origen o centro de la fuente sonora hasta la superficie afectada expresada en metros. Fácilmente se deduce que cuanto mayor es la

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superficie cubierta por la onda sonora, menor será la intensidad sonora en dicha superficie y que la intensidad disminuye con la distancia, tal y como se observa en la Figura 5. Al alejarse alguien de una fuente sonora, disminuye la intensidad de sonido recibida en razón inversa al cuadrado de la distancia. Esto quiere decir que si un oyente se encuentra a una distancia “d” y escucha un sonido con una intensidad “I”, si se aleja el doble de la distancia “2d”, entonces escuchará el mismo sonido con una intensidad 4 veces menor, y si se aleja el triple de distancia “3d”, percibirá el sonido 9 veces menor en intensidad, y así sucesivamente.

Figura 5. Intensidad sonora.

EJEMPLO: Se tiene un emisor de sonido de 20w que radia en todas direcciones. Calcular la intensidad sonora percibida a 8 m de distancia:

I=

20 W = = 24,8mW / m 2 2 4 × π × 64 4πr

Si nosotros conectamos un generador de baja frecuencia graduado a 1000 Hz a un amplificador, en el altavoz de éste se percibirá el sonido. Después regularemos el volumen del amplificador hasta que nuestro oído perciba la mínima señal capaz de producir sensación auditiva y mediremos la potencia correspondiente en el altavoz, y a una distancia fija la intensidad sonora es de Wo=10-12W/m2. A esta intensidad sonora se le denomina umbral auditivo para 1000 Hz. Tomando como referencia el umbral auditivo, se aumenta gradualmente la potencia del amplificador hasta que la sensación auditiva sea el doble, y se observa que para conseguirla se necesita que la potencia aumente 10 veces. Continuando el experimento, se demuestra que para obtener una sensación auditiva tres veces superior a la sensación mínima, la potencia suministrada por el amplificador ha de ser 1000 veces superior a la umbral. Si llamamos sensación auditiva 0 a la correspondiente al umbral auditivo, sensación auditiva 1 a la que es el doble de la anterior, sensación auditiva 3 a la que es triple a la correspondiente al umbral auditivo, se llega a la conclusión que para obtener un aumento unitario de la sensación auditiva es preciso incrementar la potencia 10 veces. Una relación como la expuesta se denomina logarítmica, por lo que podemos decir que el oído, en cuanto a sensaciones sonoras se refiere, responde logarítmicamente a las variaciones de potencia; es por ello que los potenciómetros de volumen de los amplificadores son del tipo logarítmico. Si un amplificador produce una onda sonora de una potencia de 0.1 W, un incremento de 0,9 vatios aumenta la sensación auditiva en una unidad, pero si la potencia original del amplificador es de 1 W, un aumento de 0.9 W apenas si produce un cambio perceptible en la sensación. Para producir el mismo incremento en la sensación sonora en el segundo caso que en el primero, es necesario incrementar la potencia en 9 W.

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3.3. Presión sonora. Se entiende por presión sonora las variaciones de presión producidas por una onda sonora en su propagación a través del espacio, ejerciendo una determinada fuerza (es el aire en movimiento quien empuja) sobre cada centímetro cuadrado de superficie. Estas presiones son muy pequeñas comparadas con la presión atmosférica ambiental y están superpuestas a ésta. La presión se mide en dina/cm2, N/m2, bares. El nivel de presión sonora se utiliza para expresar el nivel de un sonido que ha sido medido con un medidor de nivel sonoro (sonómetro).

3.4. Potencia acústica o sonora. Cualquier fuente de sonido está caracterizada por la potencia sonora que radia, que es una propiedad física que depende únicamente de la naturaleza de la fuente sonora. Es un parámetro absoluto que se utiliza para valorar y comparar la energía irradiada por las distintas fuentes sonoras. La potencia sonora. Se define como la energía irradiada al medio por unidad de tiempo. El símbolo que la define es W y la unidad en que se mide es el vatio.

4. ACUSTICA FISIOLOGICA. EL SONIDO COMO FENOMENO FISIOLÓGICO. Los seres humanos tenemos la capacidad de percibir las ondas sonoras y distinguir entre ondas de distinta intensidad y frecuencia. Por tal motivo, es importante diferenciar entre las propiedades físicas y las fisiológicas de un sonido. La intensidad del sonido es una propiedad física de la onda de presión y de su frecuencia, que puede medirse objetivamente con un instrumento adecuado (sonómetro). A la intensidad de la sensación psicológica que se produce en nuestro oído al percibir cierta intensidad de sonido la llamaremos sonoridad y se mide subjetivamente pidiendo a un oyente que juzgue un sonido particular. De igual forma, la frecuencia es una propiedad física, mientras que el tono es una sensación de la frecuencia y se considera como una propiedad psicológica. Igualmente, el oído humano puede responder a las frecuencias comprendidas entre los 20 Hz y los 16 kHz con una gran selectividad, destacando un sonido en particular entre un ruido de fondo o algarabía.

4.1. El tono. El tono depende de la velocidad de vibración de la lámina metálica utilizada en nuestra experiencia comentada anteriormente para describir el fenómeno físico del sonido. Dicha experiencia se puede volver a repetir variando la longitud de la lámina: si acortamos su longitud con respecto a su punto de apoyo hasta d' (Figura 5.c), quedará muy tensa, vibrará a gran velocidad y producirá un tono agudo. Si aumentamos su longitud con respecto a su punto de apoyo hasta d", disminuirá su velocidad de vibración y el tono será grave. Recibe el nombre de tono o altura la cualidad de los sonidos que permiten distinguir entre las diferentes frecuencias del espectro de audio (graves, medios o agudos). El tono del sonido queda determinado por la frecuencia del mismo o por la frecuencia del sonido fundamental, cuando éste no es puro. Luego el tono o altura es una apreciación subjetiva del oyente. El oído no puede percibir diferencias de tono absolutas, por lo que al hablar de sensaciones auditivas, y sobre todo en lo que respecta a la música, se deberá considerar un intervalo, es decir, las relaciones entre frecuencias. Así, pues, el intervalo de valor doble de frecuencia se denomina octava. La octava de una frecuencia de l.000 Hz será 2.000 Hz. Existen frecuencias de 1/2, 1/4,.. de octava. El

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espectro audible medio del ser humano es 20 Hz a 16.000 Hz, dependiendo de la edad y de otros factores del individuo. En HI-FI es normal manejar espectros de audio de 20 Hz a 20 kHz y superiores, para no perjudicar la calidad de las notas agudas en las producciones musicales.

4.2. El Timbre. Generalmente, los sonidos que se perciben no son tonos puros, sino que son una combinación de frecuencias relacionadas armónicamente entre si, como en el caso los producidos por un instrumento musical.

Figura 6. Ondas de distintas fuentes acústicas.

El timbre es la característica que permite identificar los diferentes instrumentos musicales de un mismo tono y de igual intensidad, emitidos por fuentes sonoras de diferente naturaleza. Un piano y una flauta pueden producir la misma nota -es decir, un tono o sonido de la misma frecuencia e igual intensidad-, pero se distinguen perfectamente entre sí porque tienen timbres diferentes. El timbre depende del número y de la intensidad de los armónicos que acompañan a un sonido fundamental cuando éste se produce, y de las características propias de cada fuente sonora. En la Figura 6 podemos observar varias ondas y sus fuentes acústicas de origen, observando que cada sonido tiene su timbre propio y, en consecuencia, su forma de onda compleja particular. Cualquier onda compleja de frecuencia fo está formada por una combinación de ondas sinusoidales de frecuencias f, 2f, 3f, 4f, 5f,... (esto es, en síntesis, el concepto del Análisis de Fourier). La onda sinusoidal de frecuencia f coincide con la frecuencia de la señal compleja y se llama componente fundamental o primer armónico. Las demás señales sinusoidales puras que componen la onda se denominan armónicos: la de frecuencia 2f es el segundo armónico, la de 3f es el tercer armónico, etc. Los armónicos de un sonido de una frecuencia determinada o fundamental se definen como las ondas que la acompañan y cuyas frecuencias son múltiplos de la fundamental (Figura 7). La amplitud de la componente fundamental es la misma que la de la onda compleja, y las amplitudes de los diferentes armónicos son casi siempre menores que la onda fundamental y son los factores claves que van a determinar el timbre de la señal fundamental.

Figura 7. Descomposición armónica de un sonido.

Se dice que un sonido es rico en armónicos y bien timbrado cuando la onda fundamental está acompañada por el mayor número de armónicos. Cuanto más compleja es una señal acústica o eléctrica, mayor contenido armónico tiene, y a la inversa.


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Figura 8. Representación de armónicos.

Para representar correctamente la forma de onda de un sonido complejo debemos indicar los valores de frecuencia y amplitud contenidos en la señal. Para ello se recurre a la representación espectral, donde los valores de amplitud y frecuencia de los diferentes armónicos se simbolizan mediante líneas verticales que se conocen como líneas espectrales, y donde cada línea espectral se corresponde con la amplitud y frecuencia de un armónico. En la Figura 8 podemos observar la forma de onda y el contenido armónico aproximado de una nota musical (RE de 293,7 Hz) producida por un violín y una flauta mediante su diagrama espectral. Luego el timbre es el conjunto de armónicos que, con sus intensidades respectivas, acompañan al sonido fundamental. Es, por tanto, lo que diferencia dos notas del mismo tono y la misma intensidad dadas por instrumentos distintos.

5. EL OIDO Y LA AUDICION. Una de las limitaciones del oído humano es la respuesta de éste a la frecuencia. Un/a joven de 18 años puede percibir sonidos con frecuencias comprendidas entre 20 Hz y 20 kHz, mientras que cuando alcanzan la edad de 60 o más años no son capaces de percibir tonos superiores a 12 kHz. Por tanto, la sensibilidad del oído humano respecto a la frecuencia varia mucho de un individuo a otro y depende fundamentalmente de la edad. Otro factor a tener muy en cuenta en el aparato auditivo humano es la energía mínima necesaria para conseguir que se produzca sensación auditiva. Para que el oído medio sienta sensación auditiva es preciso que las ondas propagadas por el espacio ejerzan una determinada presión sonora mínima sobre el oído. La presión acústica mínima que es capaz de producir sensación auditiva es 0,0002 dina/cm 0,00002 Pa. A este nivel le denominamos umbral de audición y se toma como referencia (0 dB).

2

o

Así pues, la mayor o menor sensación sonora que puede percibir un individuo depende de la amplitud de la vibración que llega hasta su oído y, por consiguiente, de la amplitud de la onda de presión que provoca su movimiento. A pesar de ello, no existe una relación directa proporcional entre la presión acústica y la sensación sonora que percibe el oído humano. Para ello se emplea el término de sonoridad, que consiste en la cualidad de la sensación auditiva que permite calificar los sonidos como fuertes o débiles, permitiendo así medir la sensación sonora percibida por un sonido en el oído humano. Esta sensación varía con el nivel de presión y la frecuencia; así, dos tonos puros con el mismo nivel de presión sonora, pero con distinta frecuencia, son percibidos con sonoridades diferentes por el oído.


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Figura 9. Relación entre frecuencia, nivel de presión y la sonoridad

La relación entre frecuencia, el nivel de presión y la sonoridad fue estudiada por Fletcher y Munson en 1933, quienes representaron gráficamente las curvas de igual sensación sonora (contornos de igual sonoridad), tal y como se muestran en la Figura 9. En esta figura se tienen las curvas normalizadas de igual sonoridad y en ellas se aprecian las distintas zonas de intensidades audibles y no audibles, así como la zona de intensidad dolorosa. En estas curvas se puede apreciar el nivel de presión que hay que aportar a cada frecuencia para obtener la misma sensación sonora que a 1.000 Hz. En dichas curvas se puede comprobar también cómo la sensibilidad máxima del oído se centra alrededor de 4 kHz, mientras que en los extremos de la banda audio la sensibilidad es menor, necesitándose un nivel de presión sonoro mayor para que se produzca la misma sensación de sonoridad. 2

Igualmente, cuando se produce una presión acústica de 200 dina/cm el oído comienza a sentir una sensación dolorosa, por lo que en el momento que se llega a tales condiciones de audición se dice que alcanza el umbral doloroso, luego la presión a que se ve sometido el oído en su función fisiológica 2

normal puede variar, según lo expuesto, entre 0'0002 a 200 dina/cm .

6. MONOFONIA Y ESTEREOFONIA. Los sonidos son percibidos por los oídos, que envían la información diferenciada al cerebro. Del sonido, el cerebro puede extraer información sobre la localización espacial de las fuentes sonoras, la dirección de la fuente física del sonido y su intensidad. Esta localización se basa en que el sonido producido por una fuente llega a cada oído con diferente nivel y fase (retardo). Así, pues, la posición de un sonido por nuestro sistema auditivo la podemos descomponer en dos partes: dirección y distancia. La distancia a la fuente queda determinada por la intensidad del sonido, siempre y cuando estemos familiarizados con la fuente que lo produce. El objetivo de la reproducción del sonido estereofónico es dar una sensación de direccionalidad y espacio en el sonido emitido por los altavoces y conseguir recrear las sensaciones auditivas que tenemos en una audición en directo en nuestro hogar. Si entre estos dos altavoces se introduce una diferencia de nivel, dará la sensación de direccionalidad y provocará que el sonido esté desplazado hacia el más sonoro. Incluso llegará a aparecer completamente a la izquierda o a la derecha si la diferencia de nivel entre ambos altavoces alcanza los 18 dB, aproximadamente El objeto de la estereofonía es dar la ilusión de que los sonidos reproducidos se localizan en la posición que les correspondía en el momento de la grabación.


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7. LAS ESCALAS PARA MEDIR EL SONIDO Y SUS MAGNITUDES. EL DECIBELIO (dB) El oído no responde a los estímulos sonoros de un modo lineal, sino logarítmicamente. Por estas razones, es más práctico expresar los parámetros acústicos como relaciones logarítmicas. La unidad utilizada para ello es el belio, que se define como el logaritmo en base 10 de la relación entre dos potencias o intensidades sonoras. Dado que nuestro oído es capaz de percibir diferencias de intensidad sonora inferiores a 1 belio, en la práctica se utiliza una unidad diez veces menor, el decibelio, que se representa por la abreviatura dB. El decibelio está basado en el logaritmo del cociente entre dos números o magnitudes, por tanto es una unidad comparativa entre dos variables. Indica el nivel relativo en un punto del circuito, cuánto es mayor o menor un valor que el otro. Pero puede utilizarse también como unidad absoluta de medida, siempre que el valor de referencia sea fijo o conocido. La escala logarítmica más usada comúnmente para describir niveles sonoros es la escala del decibelio (dB). El nivel de intensidad sonora SIL (Sound Intensity Level) en decibelios de un sonido de intensidad I, queda definida por la siguiente expresión:

SIL = 10 log donde la intensidad de referencia es Iref = 10

−12

I Iref

2

W/m .

EJEMPLO: En la escala del decibelio, el dominio de audibilidad está comprendido entre:

SIL = 10 log

SIL = 10 log

10−12W / m 2 I = 10 log −12 = 0dB 10 W / m 2 Iref

1W / m 2 I = 10 log −12 = 120dB 10 W / m 2 Iref

12

es decir, el factor billón (10 ) se reduce a 120 dB al emplear la escala logarítmica.

El nivel de presión sonora (Sound Pressure Level, SPL) es:

SPL = 20 log

P Pr ef

donde P es la presión sonora medida y Pref es la presión sonora de referencia, normalmente Pref = 2 x 10

−5

N/m

2

(20 µPa).

El nivel de potencia sonora (Power Wattse Level, PWL) en decibelios es:

 W1 PWL(dB ) = 10 log  Wref

  


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siendo la potencia de referencia Wref = 10

−12


W.

EJEMPLO: Una fuente sonora que emita 0,5 W le corresponde un nivel de potencia sonora de: PWL =10log (0,5/10-12)= 117 dB Pero el decibelio se puede utilizar igualmente para relacionar magnitudes de una señal eléctrica como potencia, tensión, intensidad. El voltaje y la potencia eléctrica tienen la siguiente relación (según la 2

ley de Ohm: P = V /R). Si suponemos que P1 y P2 son dos potencias desarrolladas sobre una misma carga resistiva R, por dos tensiones de valor eficaz V1 y V2 o dos corrientes de valor eficaz I1 e I2, podremos deducir:

V 12 P1 I12 R Ap = 10 log = 10 log 2 = 10 log 2 R P2 I2 R V2 R de donde resulta que,

Ap = 10 log

P1 V1 I1 = 20 log = 20 log P2 V2 I2

EJEMPLO: Se puede calcular la diferencia en decibelios entre dos potencias eléctricas, una doble de la otra, de 2 W y 4 W respectivamente :

4 P = 10 log  = 3dB 2 e igualmente la diferencia en decibelios entre una señal con una amplitud de 2 V y otra de 4 V es

4 Av = 20 log  = 6dB 2 Es decir, doblar el voltaje significa un incremento de 6 dB y doblar la potencia equivale a incrementar 3 dB. De la misma manera, si el nivel de una señal se expresa en decibelios, relativo a una referencia, ha de darse la referencia con la que se han calculado, de lo contrario, la cifra dada en dB no significa nada. Efectivamente, un nivel de señal igual a 50 dB puede no significar nada, a menos que dicha señal esté 50 dB por encima de un nivel de referencia conocido. Por el contrario, la expresión (+ 10 dB, referenciados a 1 V) tiene un significado concreto, puesto que se sabe que el nivel es 10 dB por encima de 1 V, con esto podríamos calcular el voltaje de la señal en cuestión:

 Vx  10dB = 20 log  = 3,16V  1V  En la práctica existen excepciones a esta norma, puesto que en algunos campos se acepta un nivel de referencia de forma implícita. Los niveles de potencia sonora son un ejemplo, ya que el nivel de −12

referencia esta definido como 10 W. Con frecuencia afirmamos igualmente que la tensión en el punto A de un circuito es 6 dB superior a la existente en el punto B, lo que significa que la tensión del punto A es dos veces la del punto B. Pero no queda claro si la tensión es de 10 o 100 V y, según las circunstancias, puede ser irrelevante. Cuando se produce esto, a este nivel se le denomina nivel relativo en un punto de un circuito, se expresa en dBr y representa la ganancia o atenuación en dB entre ese

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punto y el origen del circuito para una determinada señal, pero lo más frecuente es que sea necesario tener una idea de los valores reales de la tensión. En estos casos se suelen referir las ganancias o atenuaciones en dB respecto a un nivel conocido. El nivel de referencia utilizado en la radiodifusión, y definido por la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI), es de 0,775 V (rms). Este valor, aparentemente arbitrario, es la tensión existente a través de una resistencia de 600Ω (impedancia terminal que se usa en telefonía), que disipa una potencia de 1 mW es decir: 0,001 W. Cuando se introdujo por primera vez este estándar, la impedancia habitual de las líneas de transmisión utilizadas era de 600 Ω. En radiodifusión, este nivel se conoce, en los medidores de intensidad de sonido «vúmetros», como nivel cero. Para dejar totalmente claro el nivel de referencia utilizado, se añade un sufijo al término dB. Por consiguiente, si se habla de un nivel de, por ejemplo, 6 dB, en referencia a una tensión de 0,775 V, se escribe como 6 dB (0,775 V), abreviándose a dBu. Hay que tener en cuenta que el término dBu se aplica a una relación entre las tensiones, sin ninguna referencia a la impedancia. Por tanto, el valor (0 dB) no significa ausencia de señal, sino que la señal a la que se refiere tiene el mismo nivel que la de referencia. Para indicar el estándar de referencia se verán con frecuencia otros sufijos, como dBV, dBu, dBv, dBµv o dBm, refiriéndose todos ellos a un nivel determinado de referencia que se está utilizando en un contexto especifico. El término dBm es muy común: es una abreviatura de dBmW, que se define como la relación entre los niveles de potencia absoluta respecto a un milivatio; el dBV, que utiliza como referencia el voltio; el dBµv, que tiene por referencia el microvoltio, y el dBu y dBv, que utilizan el mismo nivel de referencia (0,775 V).

7.1. El sonómetro. Es un instrumento que se utiliza para medir el nivel de presión sonora (SPL) (Fig. 10a). Básicamente, este instrumento consta de un micrófono omnidireccional de muy alta fiabilidad y calidad (que recoge las ondas sonoras de todas las direcciones con idéntica sensibilidad) y que transforma los niveles de presión sonora que inciden sobre él en un voltaje de salida proporcional al SPL, el cual se encuentra conectado a un amplificador y éste, a su vez, a unos filtros ponderados que tienen por finalidad atenuar las bajas y las altas frecuencias, en concordancia con una curva denominada curva de ponderación del tipo A (norma UNE 21.314/75). Este tipo de curva se corresponde aproximadamente con la sensibilidad que presenta el oído humano para los niveles bajos. Su diagrama de bloques se muestra en la Figura 10.b. La salida de los filtros ponderados es recogida por otro amplificador que entrega su señal de salida a un instrumento de medida digital, que nos indica en todo momento el rango dinámico en dBA. Como ya hemos estudiado, los niveles de presión sonora se pueden expresar en decibelios, que se encuentran normalmente sin ponderar. Es decir, todas las frecuencias del espectro de audio son tratadas por igual, pero cuando se expresan en dBA nos informan de que las frecuencias han sido ponderadas según la curva estándar A, lo que nos indica que se ajustan con más precisión a la sonoridad captada por el oído humano.

a)

b) Figura 10. El sonómetro.

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Tema nº 2: Micrófonos

Equipos de Sonido

Micrófonos Si queremos captar el sonido logrando la mayor pureza, para reproducirlo posteriormente con la máxima fidelidad posible, será de vital importancia la elección de los micrófonos adecuados en cada caso y su correcta instalación y colocación en el medio. Afortunadamente, existen en el mercado gran cantidad y diversidad de micrófonos para poder realizar una elección acertada, pero es necesario tener un gran dominio y conocimiento de las características técnicas de los mismos. Por todo ello, el objetivo marcado en esta Unidad es conocer las características técnicas de los diferentes tipos de micrófonos que nos presenta el mercado, cómo actúan y cuál es su utilización más adecuada para el entorno que va a captar y reproducir. Un micrófono es un elemento capaz de captar las ondas sonoras, convirtiendo las variaciones de presión que inciden en su diafragma en energía eléctrica de similares características de onda, para su posterior procesado por equipos electrónicos.

1. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS MICRÓFONOS. Cuando analizamos las características técnicas que adjuntan los fabricantes, observaremos que aparecen diversos parámetros cuyas magnitudes van a determinar su calidad y posibilidades de trabajo. Vamos a describir las características que nos interesa conocer para su uso correcto.

1.1. Sensibilidad (sensitivity). La Sensibilidad Es la relación existente entre el nivel de presión sonora (pascales) que actúa sobre el diafragma del micrófono y la amplitud de tensión alterna eficaz (voltios) que se genera en los bornes de salida en circuito abierto, a una frecuencia patrón de 1 Khz. Esta característica nos indica la eficiencia con que un micrófono transforma la presión acústica en tensión eléctrica. El nivel de sensibilidad St es la relación expresada en decibelios entre la sensibilidad S y el nivel de sensibilidad de referencia Sr (1V/Pa), que queda expresado por la expresión: St = 20 log (S/Sr) EJEMPLO: Así, en un micrófono que proporciona una tensión de 1 mV en circuito abierto cuando sobre su diafragma incide una presión de 1 pascal, su nivel de sensibilidad vendrá dado por la expresión: S = 20 log (0,001 V/Pa)/(1V/Pa) = - 60 dB (ref. 1V/Pa) Puesto que la tensión de salida del micrófono será siempre inferior a 1 V, esta medida vendrá siempre dada en dB negativos.

1.2. La respuesta de frecuencia (frequency responso). La respuesta de frecuencia indica la sensibilidad microfónica dentro del espectro de frecuencias audibles. La respuesta de un micrófono varía en función de la frecuencia y de su ángulo de incidencia.



En la práctica no resulta fácil obtener un micrófono que responda por igual a todas las frecuencias. Lógicamente, para que los sonidos puedan ser registrados o reproducidos con pureza es necesario que la sensibilidad del micrófono sea la misma para cada una de las frecuencias del espectro de audio, es decir, que la curva característica de respuesta en frecuencia sea uniforme, sin picos ni valles. Igualmente, será tanto mejor cuanto más amplia sea dicha curva de respuesta, dándole mayor fidelidad al micrófono, aunque esta última depende generalmente de la aplicación que se le vaya a dar (Fig. 1). Un micrófono es tanto mejor cuanto más amplia sea su respuesta en frecuencia. Si un micrófono se va a destinar a la captación del sonido procedente de una orquesta, será fundamental que su respuesta en frecuencia sea lo más amplia posible. Sin embargo, un micrófono destinado a dar mensajes ha de tener una respuesta en frecuencia limitada a la voz humana, evitando todas las frecuencias por debajo y por encima de las de la voz, ya que podrían producir ruidos no deseados.

Figura 1. Curva característica de respuesta en frecuencia de un micrófono

1.3 Directividad o direccionalidad (Polar Pattern). La directividad es otra de las características importantes del micrófono, ya que gracias a ella es posible recoger los sonidos seleccionados y eliminar los no deseados. La directividad es la variación del nivel de salida del micrófono para cada uno de los ángulos de incidencia de la presión acústica. Para conocer este nivel de sensibilidad y representarlo gráficamente se usan los diagramas polares de campo, que consisten en una especie de mapa bidimensional que mediante un eje de coordenadas nos especifican la forma de recepción de la onda en 360º respecto a un punto determinado donde se coloca el diafragma del micrófono. La distancia desde cualquier punto de la curva polar hasta el centro de la gráfica está calibrada en decibelios. Cuanto más alejada está la curva polar del centro de la gráfica, significa que mayor es la salida del micrófono para un ángulo determinado (Fig. 3). En función de la directividad se obtienen cinco tipos de micrófonos: Ominidireccionales, bidireccionales, cardioides o unidireccionales, hipercardioide y supercardioide (Fig. 2).

Figura 2. Tipos de micrófonos según su directividad.



Micrófono omnidireccional: Son aquellos que tienen, teóricamente, igual sensibilidad respecto a la onda incidente, sea cual sea el punto de procedencia de ésta, y recoge la señal acústica procedente de todas direcciones. Se utilizan en aquellas aplicaciones en las que no exista el problema de la realimentación acústica (efecto Larsen), caracterizado por el conocido pitido en los altavoces) y en aquellos casos donde el usuario deba moverse constantemente. Son ejemplo de este tipo de micrófonos los que llevan en la solapa los presentadores de TV (electret), los utilizados en las niñeras electrónicas y en los intercomunicadores. No son apropiados para su uso en megafonía, ya que recogen todo el sonido ambiente de la estancia en la que están colocados. Los micrófonos omnidireccionales son, por regla general, los más inmunes a los ruidos de manipulación y a los que produce el viento, puesto que únicamente son sensibles a la presión sonora absoluta. Su diagrama polar de campo se representa con un círculo cuyo centro coincide con el eje de las coordenadas (Fig. 3).

Figura 3. Diagrama polar de un micrófono omnidireccional.

Micrófono bidireccional: Son los que captan por igual los sonidos procedentes de delante y de detrás de su membrana, y eliminan los sonidos que proceden de puntos laterales de las partes superior e inferior. Es un micrófono ideal para ser utilizado entre dos locutores enfrentados, ya que capta por igual el sonido de ambos. Su diagrama polar se encuentra en la Fig. 4.

Figura 4. Diagrama polar de un micrófono bidireccional.

Micrófono cardioide o unidireccional: Son micrófonos que captan preferentemente los sonidos procedentes de los puntos situados delante de su diafragma y con menor intensidad los que proceden de los puntos situados detrás. Se usan en aquellos casos en los que es preciso discernir entre sonidos deseados y no deseados, como para dar avisos en las instalaciones de sonorización sin que, junto al mensaje, aparezcan también los ruidos que se producen en otros puntos, por ejemplo los ruidos de máquinas de escribir. Su utilización es típica para grabación de baterías musicales, tomas de orquestas con gran número de elementos, reportajes de exteriores, vocalistas,



y donde haya riesgo de realimentación acústica. El diagrama polar de un micrófono cardioide es el de la Fig. 5.

Figura 5. Diagrama polar de un micrófono cardioide

Micrófono hipercardioide y supercardioide: Son micrófonos cuya respuesta está situada entre los bidireccionales y los cardioides. Se usan en situaciones donde haya riesgo de realimentación acústica, reporteros de noticias, rodajes de cine y televisión etc. El diagrama polar está representado en la Fig. 6.

Figura 6. Diagrama polar de un micrófono hipercardioide y supercardioide.



1.4. Impedancia interna (nominal impedance). La impedancia es la propiedad de un elemento circuito a oponerse en alguna medida al paso de la corriente alterna. La impedancia de un micrófono ha de ser la misma que la de entrada de la mesa de mezclas a la que se va a aplicar su señal de salida, con el fin de adaptar en impedancia a ambos y conseguir que se transfiera la máxima energía de uno a otro. Sin embargo, en la práctica se recurre a una adaptación por tensión, es decir, que la impedancia de carga sobre la cual se cierra el micrófono y que presenta la mesa de mezclas sea de 3 a 10 veces la impedancia interna del micrófono con lo que se consigue que la mayor parte de la tensión generada por el micrófono caiga sobre el equipo conectado a ella. La impedancia de entrada de los micrófonos se mide en ohmios para una frecuencia estándar de 1 kHz. Los micrófonos se suelen clasificar de acuerdo con su impedancia en dos grandes grupos: Micrófonos de alta impedancia. Son aquellos que tienen una impedancia superior a 1 000 ohmios, con una tensión de salida de aproximadamente 10 o 30 mV, pero entregan muy poca corriente. Micrófonos de baja impedancia. Son todos aquellos cuya impedancia es inferior a los 600 ohmios, y su tensión de salida oscila entre (0,3 y 2 mV), pero con mayor comente de salida. Cuando un micrófono de alta impedancia está conectado con su amplificador mediante un cable de más de 10 m, existe una notable pérdida de señal a altas frecuencias debido a la capacidad parásita que presenta el cable. Sin embargo, esto no sucede en los de baja impedancia, ya que poseen corriente de salida suficiente para despreciar los efectos del cable hasta distancias de unos 100 m (sólo con cables apantallados de buena calidad).

1.5. Nivel de Ruido (signal-to-noise): Como cualquier otro aparato o dispositivo electrónico, el micrófono es un generador de ruidos parásitos debido a causas diversas. Si el ruido es despreciable, significa que la señal eléctrica suministrada por el micrófono posee un valor muy por encima de la señal de ruido, lo cual se traduce en una elevada relación señal/ruido. Si un micrófono proporciona 6 mV y la tensión de ruido engendrada en él es de 20 µV, la relación señal ruido valdrá: S/R(db)= 20log S/R= 20log(6000 µV/ 20 µV)= 50 dB

1.6. Distorsión: La distorsión está formada por un conjunto de señales indeseables que aparecen en la salida de un sistema. Las posibles causas de la distorsión son muy variadas: Efecto de proximidad, sobrecarga o saturación por una presión elevada, viento, ruidos de vibración, etc.

2. TIPOS DE MICRÓFONOS SEGÚN SU TRANSDUCTOR MECÁNICO- ELÉCTRICO. 2.1. Micrófono de carbón. Su principio de funcionamiento está basado en la inclusión, dentro de una cavidad cerrada, de varios centenares de gránulos de carbón, generalmente grafito o antracita. Este compartimento se cierra mediante un electrodo móvil que cierra la cavidad que está unida solidariamente a un diafragma que sufrirá las vibraciones sonoras externas. Al incidir las ondas sonoras en su superficie, produce desorden y compresión en los gránulos de carbón que se encuentran en el interior de la cavidad, de esta forma, a mayor presión se obtendrá una resistencia menor.



Este tipo de micrófono no genera ninguna tensión de salida, ya que únicamente produce variaciones de su resistencia, por tanto será necesario aplicarle una corriente continua mediante una batería, con objeto de que las variaciones de resistencia se conviertan en señales eléctricas de tensión variable que serán proporcionales a los desplazamientos del diafragma del micrófono. Estas señales serán recogidas por un condensador que impida el paso de la componente continua o mediante un transformador que haga las funciones de adaptador de impedancias y de separador de las señales alterna y continua (Fig. 7). Este micrófono tiene un elevado nivel de ruido y mala respuesta en frecuencia, por lo que se usa solo en el campo de la transmisión telefónica por hilos y en porteros electrónicos donde el ancho de banda de frecuencias se limita sólo a la palabra.

Figura 7. Micrófono de Carbón

2.2. Micrófono piezoeléctrico o de cristal. Basan su funcionamiento en la utilización del fenómeno piezoeléctrico que presentan ciertos cristales, (sal de cuarzo) en virtud del cual al ser éstos deformados por la acción de una presión, generan entre sus superficies, una tensión eléctrica proporcional a la deformación sin necesidad de ningún tipo de polarización exterior (Fig. 8). Como ventajas, destacan su elevada sensibilidad y el no necesitar fuente de energía para su polarización. El principal inconveniente es su fragilidad ante los golpes y los cambios de temperatura y humedad. Su Calidad sonora es aceptable para la voz humana, pero no resulta apropiada para HI-FI. Su impedancia de salida es elevada (mayor de 1MΩ), por lo que necesita un transformador adaptador de impedancias a su salida o un preamplificador interno.

Figura 8. Micrófono piezoeléctrico.



2.3. Micrófono dinámico o de bobina móvil. Los micrófonos dinámicos, llamados también de bobina móvil, basan su funcionamiento en el fenómeno de generación de una tensión electromotriz, o inducida, en un conductor que se desplaza, por efecto de la presión acústica, en el interior de un campo magnético. Consiste en un cilindro (de plástico o de carbón, sobre el que se halla sujeta una membrana. Sobre este cilindro se arrolla la bobina móvil. El cilindro, junto con la bobina, se introduce en el entrehierro de un imán (Fig. 9). Si en esta disposición inciden sobre la membrana ondas acústicas, ésta oscilará hacia uno y otro lado con la misma frecuencia que la onda sonora. La bobina, unida a la membrana, oscila así dentro del campo magnético del imán, induciéndose en ella una tensión eléctrica alterna de la misma frecuencia que la onda acústica. El micrófono dinámico es actualmente el más conocido y extendido, pues se utiliza tanto en magnetófonos de casete de uso doméstico como es estudios profesionales de grabación. Son micrófonos de buena sensibilidad, baja impedancia, robustez, poco sensibles a las variaciones de temperatura y humedad, y no necesitan fuente de alimentación externa.

Figura 9. Micrófono dinámico

2.4. Micrófono de cinta. El micrófono de cinta consiste en una cinta de aluminio en forma de zig-zag, que puede oscilar entre los polos de un potente imán, tal y como se aprecia en la Fig. 10.

Figura 10. Micrófono de cinta.



Las ondas de presión acústica hacen vibrar la cinta dentro del campo magnético, generándose en ella una tensión cuya amplitud y frecuencia es proporcional a la velocidad y frecuencia de la onda de presión. Son micrófonos de amplio margen de frecuencias, buena sensibilidad, baja distorsión y ruido. Su impedancia es pequeña (del orden de 0,1Ω), por lo cual necesitan un transformador adaptador de impedancias.

2.5. Micrófono de capacidad. El micrófono de capacidad, también llamado de condensador o electrostático, es un micrófono de alta calidad, basado en la atracción y repulsión de cargas eléctricas almacenadas en un condensador (Fig. 11a). El micrófono de capacidad está formado por una membrana metálica (primera armadura del condensador) y una placa metálica (segunda armadura fija), formando entre ambas armaduras un condensador que se carga con una batería (a través de una resistencia) a la tensión de ésta. Al llegar la onda acústica a la membrana, una compresión de las capas de aire acerca ésta a la placa (segunda armadura fija). En consecuencia la capacidad del condensador aumenta, y circula una corriente a través de la resistencia que tiende a aumentar la carga del condensador. Como toda onda acústica está formada por compresiones y depresiones de aire, inmediatamente después de la compresión que acerca la membrana a la placa que actúa como armadura fija, se produce una depresión que hará que la membrana se aleje, disminuyendo la capacidad del condensador. Con ello se produce una descarga del condensador que circula por la resistencia. En la resistencia se produce así una tensión de signo opuesto a la obtenida cuando incide la onda acústica sobre la membrana. Resumidamente, la vibración de la membrana siguiendo el ritmo de las ondas acústicas, modifica continuamente la capacidad existente entre la membrana y la placa que actúa como armadura fija, produciéndose cargas y descargas del condensador que, al circular por la resistencia, se traducen en una tensión alterna cuya frecuencia es idéntica a la de las ondas sonoras y cuya amplitud depende del valor de las presiones y depresiones de la onda acústica. La impedancia de salida de un micrófono de condensador es elevada (del orden de 30 MΩ), por lo que el cable de conexión al amplificador ha de ser lo más corto posible, ya que la capacidad parásita entre los dos hilos, perturbaría el funcionamiento del micrófono. Por esta razón se monta, en el propio micrófono, un pequeño amplificador como el de la Fig. 11b que tiene una alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida, admitiendo así conexión a líneas de gran longitud. Entre sus característica destacan su buena sensibilidad y respuesta en frecuencia. Entre sus inconvenientes hay que señalar que deben utilizar una fuente de alimentación de continua llamada phantom o fantasma. Además son delicados frente a los cambios climáticos y bastante caros. Son muy buscados especialmente para la grabación de voces por la calidad. Actualmente el micrófono de condensador está considerado como el estándar de la máxima calidad.

Figura 11. a) Esquema básico de un micrófono de condensador. b) Micrófono de condensador con amplificador a FET incorporado para reducir la impedancia de salida.



2.6. Micrófono electret. Su concepción es similar a los micrófonos de condensador, aunque su rendimiento es inferior. Este micrófono no necesita batería de polarización externa ya que es sustituida por una carga electrostática permanente, inducida por un polímero llamado electret. Este tipo de micrófono consta de un electrodo fijo y otro móvil (Fig.12). El electrodo fijo es una placa metálica con perforaciones y el electrodo móvil está formado por una membrana de material plástico, metalizada por la cara que establece contacto con el electrodo fijo. La polarización fija se consigue aplicando entre los electrodos una tensión de 3 a 4 Kv, con lo que la lámina queda fuertemente polarizada.

Figura 12. Constitución de un micrófono electret.

El principio de funcionamiento de los micrófonos electret de condensador es en todo similar al de condensador convencional, es decir, está basado en las variaciones de capacidad producidas por las vibraciones sonoras que llegan a una placa flexible situada en la cabeza del micrófono; pero en el caso del micrófono electret, puesto que entre los dos electrodos fijos y móvil hay una carga eléctrica permanente, al modificar la separación entre electrodos, el campo electrostático varía, produciéndose un cambio de tensión entre los terminales de salida. Para obtener una salida de baja impedancia se dispondrá, al igual que en los micrófonos de condensador convencionales, de un amplificador, que se encontrará alojado en el interior de la misma cápsula del micrófono y será alimentado por una batería de 1,5 a 9 V o mediante alimentación phantom (Fig. 13).

Amplif icador

R

Salida

Capsula electret

Alimentación

Figura 13. Circuito de un micrófono electret.

Entre sus características cabe destacar la buena respuesta en frecuencia. Se utiliza en aplicaciones donde es importante un pequeño tamaño y poco peso, como en pequeño grabadores de casete portátiles y los micrófonos de solapa para locuciones y entrevistas. La principal ventaja que ofrecen los micrófonos electret sobre los de capacidad consiste en la desaparición de la fuente de polarización, que es sustituida por una pequeña batería de C.C, su menor coste y lo poco sensibles que son a la humedad.

2.7. Micrófono sin hilos o inalámbricos. Un micrófono inalámbrico consta de un micrófono normal y un transmisor de FM (Frecuencia Modulada) o UHF. Este transmisor puede estar incluido dentro de la propia carcasa del micrófono o como unidad independiente a la que se conecta éste, del cual sale una antena corta de hilo flexible que cuelga del mismo y que transmite la señal a un receptor diseñado para recibir la señal de un determinado



transmisor que convertirá la señal de radio en señal de audio. La salida de cada receptor se lleva igual que si se tratara de una fuente de señal de micro o línea al mezclador donde se tratará posteriormente. Cada receptor es capaz de recibir sólo una determinada frecuencia a la que se encuentra ajustado. Aunque se comercializan micrófonos sin hilos que trabajan en frecuencias comerciales de FM (88 a 108 MHz) y que se pueden captar con cualquier receptor de FM normal, los equipos profesionales trabajan en frecuencias especiales entre los 175 y los 200 MHz.

3. COMPROBACIÓN DE UN MICRÓFONO. Para comprobar un micrófono, lo primero que debemos conocer es de que tipo es, ya que este aspecto determinará que apliquemos un método u otro para su verificación. La mejor forma de comprobarlos es conectar éstos a un amplificador y observar si reproduce correctamente la señal que captan. Si el micrófono es dinámico, se puede comprobar la continuidad con un polímetro en la función de resistencia, aunque el mejor método es el indicado con anterioridad, ya que así se aprecia su calidad o las posibles anomalías que se puedan presentar. Siempre que nos encontremos con un micrófono averiado, el primer paso a seguir consiste en comprobar las conexiones de sus hilos y las clavijas para conectarlos al amplificador.

4. LINEAS BALANCEADAS Y NO BALANCEADAS. Hay dos métodos para conectar un micrófono a la entrada de un amplificador o una mesa de mezclas, y de este método depende la calida de la transmisión de la señal. Estos dos métodos son : líneas no balanceadas y líneas balanceadas.

4.1. Líneas no Balanceadas. Las líneas de audio no balanceadas (también llamadas asimétricas) se usan normalmente en los equipos de audio domésticos y semiprofesionales. Consiste en la utilización de un camino de ida y otro de retorno para la señal de audio (Fig. 14a). Para el camino de ida se emplea el hilo activo o vivo interior que conforma el conductor coaxial, y para el retorno, la malla exterior o blindaje que cubre el cable de ida, y que va conectado al chasis o punto común del amplificador. El efecto de la malla evita considerablemente las interferencias, pero no las elimina totalmente. Por este motivo, cuando la línea no balanceada se utiliza para llevar una señal de audio a escasos 5 metros, las interferencias aumentan considerablemente y su uso se hace inaceptable.

Figura 14. a) Conexión mediante línea no balanceada. b) Conexión mediante línea balanceada.



4.2. Líneas Balanceadas. Las líneas balanceadas (también llamadas simétricas) rechazan de manera más eficiente las interferencias que las no balanceadas o asimétricas. Cómo se puede apreciar en la Fig. 14b, la línea balanceada flotante consiste en emplear dos conductores trenzados entre sí, que son los que conducen la señal. Ambos están rodeados por una malla, que en este caso sirve exclusivamente de blindaje a los otros dos hilos activos. En el extremo de la línea (entrada del amplificador o mesa de mezclas) existe un transformador equilibrador o un amplificador diferencial. Debido al trenzado entre los dos cables se consigue que cualquier perturbación exterior que atraviese el blindaje de malla, tanto si es eléctrica como magnética, afecte por igual a los conductores activos. Por ello se anularán entre sí las interferencias en el primario del transformador del amplificador o mesa de mezclas; dos señales idénticas circulando en sentidos opuestos se cancelan cuando se encuentran, mientras que la tensión diferencial producida por el micrófono no sufre alteración.

5. ALIMENTACIÓN PHANTOM O FANTASMA. Al estudiar el funcionamiento de los micrófonos de condensador aparece la necesidad de proporcionarle una alimentación de tensión continua con el fin de polarizar el diafragma de muchos de los micrófonos de este tipo, al mismo tiempo que alimentamos el preamplificador alojado dentro de su propia carcasa. Dicha alimentación sería un inconveniente, y tal vez un problema, al tener que incorporarle a los conductores que transportan la señal de audio nuevas conexiones para su alimentación. Por tal motivo, se ha ideado un sistema que utiliza los propios conductores simétricos que trasportan la señal de audio para alimentar al micrófono, de aquí el término de alimentación fantasma, ya que la corriente continua resulta invisible para la señal de audio, que se encuentra superpuesta a ella al ser transportadas ambas por los mismos conductores. Además este sistema no impide que pueda conectarse a él un micrófono dinámico en conexión balanceada que no necesita alimentación sin llegar a sufrir una avería. En general, en este caso se desconectará mediante algún interruptor la alimentación fantasma. La alimentación fantasma varía según el diseño entre 40V y 200V, pero la tensión más generalizada es de 48 V. Hay varios sistemas para suministrar alimentación fantasma, una de ellas se encuentra reflejada en la Fig.15.

Figura 15. Alimentación fantasma

6. COLOCACIÓN DE LOS MICRÓFONOS. 6.1. Efecto de proximidad. A la mayor parte de los micrófonos directivos les afectan negativamente los golpes de aire o “pop” que se producen en los labios al pronunciar ciertas consonantes explosivas (p, t, b). Cuando estos golpes de aire alcanzan la membrana del micrófono la desplazan de su posición normal de trabajo hacia atrás súbitamente, produciendo un ruido característico que se denomina “efecto poping” a la vez que se



genera un impulso eléctrico de gran amplitud que satura por unos instantes la entrada del amplificador y produce distorsión. Este problema se corrige colocando el micrófono a una distancia de los labios de unos 10 cm y situando ante el diafragma del micrófono un filtro “antipop”.

6.2. Acoplamiento acústico o efecto Larsen. Este fenómeno se produce cuando el sonido reproducido por los altavoces es captado de nuevo por el micrófono par ser amplificado nuevamente, dando lugar a continuos pitidos de gran intensidad (Fig.16). Este efecto tan conocido como irritante, se da en cualquier instalación de sonido donde hayamos colocada en una misma estancia micrófonos y altavoces. Este fenómeno se evita reduciendo el volumen del amplificador, alejando o cambiando la orientación de los micrófonos, o utilizando altavoces muy direccionales.

Figura 16. Acoplamiento acústico o efecto Larsen.

6.3. Fase de los micrófonos. Cuando se usan varios micrófonos se debe evitar que alguno de ellos posea una polaridad incorrecta, que pueda afectar al resultado general de la sonorización. Esto se comprueba tomando como correcta la polaridad de uno cualquiera de ellos, que suponemos como referencia. Con este micrófono en una mano y otro cualquiera en la otra mano, se van aproximando al mismo tiempo hacia la boca. Si al hablar se nota un aumento de las frecuencias graves cuando se aproximan a la boca, la polaridad de ambos es la misma; de lo contrario, uno de ellos tiene la polaridad cambiada con respecto al otro, y tendremos que invertirla.

7. SELECCIÓN DE MICRÓFONOS SEGÚN SU APLICACIÓN. La siguiente tabla contiene un resumen de los distintos tipos de micrófonos, y en ella podremos seleccionar el micrófono mas adecuado en función de la aplicación específica. MICRÓFONOS FIJOS: -

Avisos: Micrófonos especiales preamplificados. Conferencias, oradores, iglesias: Micrófonos dinámicos direccionales (cardioides) con salida balanceada preferentemente..

MICRÓFONOS MÓVILES: -

-

Entrevistas, presentaciones: Micrófonos omnidireccionales de mano, micrófonos electret solapa”lavalier”, electret omnidireccional de mano (con batería, micrófono sin hilos profesionales de cualquiera de los tipos anteriores. Para uso de un solo orador: Micrófonos dinámicos direccionales cardioides con cables o vía radio.



CARACTERÍSTICAS DE MICRÓFONOS: Tipo de Micrófono

Principio de funcionamiento

De Carbón

Variación de resistencia que se origina en el conjunto de gránulos de carbón al ser más o menos presionados. De carbón Igual al anterior, compuesto por dos de doble micrófonos accionados por una sola membrana. botón De cristal

Cerámico

Sensibilidad Elevada mV/µbar

80 Omnidireccional

Fenómeno piezoeléctrico. Algunos 1 mV/µbar materiales cuando son sometidos a acciones de compresión y tracción, generan entre sus superficies una tensión eléctrica.

Electret

De cinta

Impedancia 30Ω a 30KΩ

Mayor que el anterior

30Ω-30KΩ

Omnidireccional.

Mayor MΩ

de

Elevada sensibilidad.

1 Bajo precio.

Soportan mejor el calor y la humedad que los anteriores. Poco volumen. Omnidireccional, cardioide

Variación de la capacidad de un 1 mV/µbar condensador formado por una placa metálica y una membrana sobre la que impactan las ondas acústicas.

Omnidireccional, Bidireccional, Unidireccional

Variación de la capacidad de un 50µV/µbar condensador formado por una placa metálica y una membrana permanentemente polarizada (sin fuente de tensión) sobre la que impactan las ondas acústicas.

Omnidireccional y cardioide

Generación de una tensión inducida en una cinta de aluminio muy, que se encuentra situada, y puede oscilar, entre los polos de un potente imán.

Bidireccional, unidireccional cardioide.

150-600 Ω Si incorpora transformador elevador: 10-50KΩ

Es el más extendido. Respuesta en frecuencia bastante aceptable. Gran robustez y excelente dinámica. Poca sensibilidad al calor y la humedad.

30 MΩ

Está considerando como el estándar de la máxima calidad. Buena sensibilidad y respuesta en frecuencia. Baja distorsión. Tamaño pequeño. Menor coste que el de capacidad. Poco sensible a la humedad. La tensión que necesita puede ser una pequeña batería. Buena sensibilidad. Gran robustez y fiabilidad. Sensibilidad al viento por lo que no se usa en exteriores.

1500Ω

y

0.1 Ω

Inconvenientes

Necesita tensión o batería

Respuesta en frecuencia deficiente. Ruido por los contactos imperfectos de los granos de carbón.

Si

Ventajas Elevada sensibilidad.

Fenómeno piezoeléctrico, similar al de cristal

Dinámico o La generación de una tensión inducida 0.1 mV/µbar de bobina en un conductor que se desplaza, por efectos de la presión acústica, en el móvil interior de un campo magnético.

De capacidad

Directividad

Respuesta en frecuencia deficiente, aunque mejor que el anterior. Ruido por los contactos imperfectos de los granos de carbón. Gran fragilidad mecánica Soporta mal el calor y la humedad. Calidad aceptable para la palabra pero no para la música. Por su alta impedancia necesita a su salida transformador adaptador o amplificador

Si

No

Elevado peso, volumen y precio. Muy frágil. Muy sensible al viento (no usar en exteriores)


Aparatos telefónicos, porteros electrónicos,

No

No

Rendimiento inferior al micrófono de capacidad. Necesita alimentación (batería, o alimentación phantom) para el preamplificador

Aparatos telefónicos, porteros electrónicos,

No es utilizado en alta fidelidad.

Gran fragilidad mecánica

Es delicado y caro, ya que incorpora un preamplificador. Influido por la temperatura y humedad. Necesita una fuente de tensión de 12 a 300 V (alimentación phantom)

Aplicaciones

Si

Si lleva preamplif Si

No

Intercomunicaciones, aparatos auditivos para prótesis. Pueden ser utilizados en HI-FI. Magnetófonos a cassette, estudios profesionales, conferencias, oradores, iglesias, entrevistas, presentaciones, actuaciones en directo. Estudios de radio y TV, registros profesionales de sonido.

Micrófono de solapa para entrevistas, presentaciones. Pequeños grabadores de cassettes portátiles.

Alta fidelidad. No se usa en aplicaciones en directo por su fragilidad.



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Tema nº 3: Altavoces y auriculares

Equipos de Sonido

Altavoces y auriculares 1. INTRODUCCIÓN. El altavoz es un transductor electroacústico que al recibir la señal eléctrica en sus terminales, la transforma en energía acústica (Figura 1). La onda acústica se produce en una membrana que vibra al ritmo de la señal eléctrica, transmitiendo esa vibración o movimiento al aire que lo rodea, para que pueda llegar al oído, y se produzca la sensación sonora.

Figura 1. El altavoz

2. CLASE DE ALTAVOCES. 2.1. Altavoz dinámico o de bobina móvil de imán permanente. De todos lo tipos de altavoces existentes, el dinámico es el más utilizado en Hi-Fi, ya que reúne unas características generales muy superiores a los demás tipos. Está constituido por los siguientes elementos (Ver Figura 2): 1) Cono o diafragma. 2) Campana. 3) Yugo. 4) Imán permanente. 5) Bobina móvil. 6) Araña. 7) Tapa de retención de polvo.8) Cables de conexión de la bobina móvil. 9) Bornes de entrada. 10) Suspensor.

Figura 2. Partes constituyentes de un altavoz dinámico.

Este altavoz está formado por una bobina (5) de pocas espiras, que está situada en el interior de un campo magnético creado por un imán permanente (4), y que está unida al diafragma o cono (1). El diafragma está hecho de un material muy ligero, como papel o cartón, para que se mueva solidariamente con la bobina y se produzca así la vibración del cono, que a su vez impulsa el aire creando la onda acústica.

_____________________________________________________________________________ Equipos de Sonido MVA 3-1

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La finalidad de la campana (2) es múltiple ya que, además de servir como soporte a todas las piezas del altavoz, posee una serie de orificios en su contorno para la sujeción del altavoz al baffle o caja acústica. El yugo (3) aloja en su interior el imán permanente (4) y tiene forma de vaso. Este elemento se fabrica con material ferromagnético de elevada permeabilidad, con el objetivo de evitar pérdidas del campo magnético proporcionado por el imán permanente. La bobina (5) está arrollada en un matinal cilíndrico muy fino y se recubre con un barniz para protegerla de humedades. La misión de la araña (6) es centrar la bobina móvil en el entrehierro, para que no se produzcan roces de la bobina con el imán permanente ni con el yugo. Se coloca en el cuello del diafragma, siendo además la pieza que sirve de unión entre éste y la bobina móvil. La acumulación de polvo en el entrehierro puede provocar la inmovilización de la bobina móvil. Para evitarlo se recurre a la colocación, en el interior del cono, tapando el agujero del soporte de la bobina móvil, de una tapa de retención de polvo (7). El Suspensor (10) es un anillo elástico de material plástico o de goma, que evita los desplazamientos laterales del diafragma. El sistema de conexión de la bobina móvil consiste en dos hilos (8) que, por la parte posterior del cono, unen los terminales de la bobina con dos terminales de conexión (9) situados sobre la campana del altavoz por la parte posterior. El principio de funcionamiento de un altavoz dinámico es como sigue: la bobina se conecta a la salida del amplificador de potencia, con lo cual circula por ella una corriente alterna variable en frecuencia y en amplitud. Como consecuencia, alrededor de la bobina se genera un campo magnético cuya polaridad y fuerza es proporcional al la corriente que lo atraviesa. Debido a que la polaridad del imán permanente es siempre la misma, la bobina móvil se sentirá atraída o repelida por el imán, produciéndose el movimiento de ésta hacia delante o hacia atrás, de acuerdo con la magnitud y frecuencia de la corriente aplicada por el amplificador. Dado que la bobina móvil se encuentra solidariamente unida al cono del altavoz, éste producirá las compresiones y descompresiones del aire que se encuentra situado a su alrededor, originando ondas acústicas capaces de excitar nuestro sistema auditivo.

2.2. Altavoz dinámico o de bobina móvil, electrodinámico. Es muy similar al altavoz dinámico de imán permanente, con la diferencia de que el campo magnético fijo no está creado por un imán permanente sino que está creado por un electroimán con una bobina, denominada “bobina de campo”, encargada de crear el campo magnético en el entrehierro. Este tipo de altavoz necesita una corriente continua en la bobina de campo, bien filtrada para evitar zumbidos en el altavoz. Actualmente este tipo de altavoz está fuera de uso en equipos de alta fidelidad.

2.3. Altavoz electrostático. Los altavoces electrostáticos (Figura 3) están formados por un diafragma de material muy ligero (como el poliéster), que está situado entre dos placas metálicas polarizadas y perforadas, como si se tratara de un condensador. Al llegar la tensión del amplificador a las placas, el diafragma se desplaza en función de dicha señal, generando la presión sonora que sale igualmente por ambas caras, lo que hace que el nivel de sonido sea menor que en otro tipo de altavoces.

Figura 3. Altavoz Electrostático


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Este tipo de altavoz necesita una tensión de polarización V de varios cientos de voltios. En el esquema de la Figura 3 el condensador C tiene por misión bloquear la tensión continua de polarización hacia la salida del amplificador, ofreciendo una impedancia muy baja a las señales que excitan el altavoz. Son buenos altavoces de medio y agudos. Tienen baja distorsión, buena respuesta en frecuencia y no utilizan cajas acústicas. Como inconvenientes destacamos que se necesitan amplificadores especialmente diseñados para trabajar con ellos y que son altavoces bastante caros comparados con el tipo dinámico.

2.4. Altavoz Piezoeléctrico. El altavoz piezoeléctrico o de cristal basa su funcionamiento en el llamado efecto piezoeléctrico, el cual tiene la propiedad de que cuando a algunos cristales (cristal de cuarzo) se les aplica una señal eléctrica entre dos de sus caras aparece una vibración mecánica en las caras opuestas. Sobre una de estas caras se fija el cono del altavoz que va a vibrar debido a las deformaciones mecánicas que experimenta la cara del cristal a la que se encuentra unido el cono del altavoz. Entre sus características destacan su elevada impedancia, su limitación de funcionamiento solo para frecuencias agudas y su fragilidad que solo lo hace apto para reproducir pequeñas potencias. Se utiliza para tweeter, audífonos y en los pequeños receptores de radio.

3.- CARACTERÍSTICAS DE LOS ALTAVOCES. 3.1. Impedancia Es la resistencia en ohmios que ofrece la bobina del altavoz a una corriente alterna de 1Khz. La impedancia del altavoz y la impedancia de salida del amplificador deberán tener un valor igual para sacar el máximo rendimiento al equipo. En los altavoces dinámicos, el valor de la impedancia depende principalmente de la longitud, sección y material con que está realizado el bobinado. La bobina presenta una reactancia inductiva al paso de la corriente eléctrica, lo que provoca que la impedancia varíe en función de la frecuencia. Los valores normalizados de impedancia de los altavoces comerciales más utilizados son de 4, 8, 16 y 32 ohmios.

3.2. Frecuencia de resonancia. La frecuencia de resonancia de un altavoz es la frecuencia mecánica de vibración del diafragma y de la bobina móvil. Si a un altavoz se le aplica un impulso eléctrico que separe la bobina móvil y el diafragma de su posición de equilibrio, y dicho impulso se corta bruscamente, la bobina móvil y el diafragma oscilarán con una cierta frecuencia fija (de amplitud de onda decreciente) hasta recuperar su posición de equilibrio. Dicha frecuencia es la frecuencia de resonancia del altavoz, y es de suma importancia, pues marca el límite inferior de la curva de respuesta del altavoz, es decir, el altavoz es inoperante para frecuencias inferiores a la de resonancia.

3.3. Sensibilidad. Es el nivel de presión sonora que un altavoz produce a 1 m de distancia en su eje, cuando lo alimentamos con 1 W de potencia (Ver Figura 4). La sensibilidad se da en dB/W. Cuando se realizan las medidas de sensibilidad, se utiliza como señal patrón de entrada Ruido Rosa, que consiste en una banda de ruido que mantiene constante el nivel de energía sonora por octava.


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Figura 4. Obtención de la sensibilidad de un altavoz.

3.4. Respuesta en frecuencia. Nos da la intensidad sonora proporcionada por el altavoz para cada una de las frecuencias que componen el espectro de audio. En la Figura 5 podemos observar la curva de respuesta en frecuencia de un altavoz, que se ha obtenido manteniendo constante la potencia entregada por el amplificador para las diferentes frecuencias. En ella podemos observar que la intensidad sonora entregada por el altavoz difiere de unas frecuencias a otras, si bien la curva de respuesta interesa que sea lo más plana posible para todo el espectro de audio, lo que es imposible de obtener con un solo altavoz. Por ello, se recurre a la utilización de dos o tres altavoces cuyas respuestas en frecuencias abarquen todas las zonas del espectro de audio. Cuando no se dispone de la curva gráfica de la respuesta, se suele proporcionar el margen de frecuencias, expresado con una frecuencia mínima y una frecuencia máxima. Estas frecuencias de corte inferior Fci, y superior Fcs, son aquellas a las cuales la intensidad sonora cae 3 dB por debajo del valor máximo. Es normal que los fabricantes nos den la respuesta en frecuencia como: ±3dB de 100 Hz a 15 KHz.

Figura 5. Respuesta en frecuencia de un altavoz.

3.5. Potencia. Es la máxima potencia que se puede aplicar al altavoz sin causarle daño alguno. Existen varias especificaciones diferentes para expresar la potencia de un altavoz, las más usuales son: La potencia nominal o RMS: Es la que puede soportar el altavoz de modo continuado. La potencia musical o de pico: Es la que puede soportar de modo impulsivo o en un breve periodo de tiempo.

3.6. Angulo de Cobertura y Directividad de un Altavoz. El ángulo de cobertura de un altavoz es aquel en el que el nivel de presión sonora, SLP, se reduce en 6 dB con relación al nivel que proporciona el altavoz en su eje principal (Figura 6).

Figura 6. Angulo de cobertura de un altavoz.


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De igual modo que en un micrófono se mide la sensibilidad, o señal recibida en función del ángulo, en un altavoz se mide la sensibilidad a 1 m de distancia en función del ángulo con el eje horizontal de dicho altavoz. El diagrama de la Figura 7 muestra la radiación sonora de un altavoz en función del ángulo respecto de su eje frontal, y para una frecuencia dada. Como los altavoces típicos son circulares radian por igual en sentido horizontal que vertical, pero existen altavoces ovalados o de diferentes formas, que emiten el sonido de diferente modo en sentido vertical y en sentido horizontal, en cuyo caso se proporcionan dos diagramas direccionales: el vertical y el horizontal.

Figura 7. Diagrama direccional de un altavoz.

3.7. Rendimiento. Es la relación existente entre la potencia acústica de salida (en watios), y la potencia eléctrica de alimentación suministrada al altavoz, expresado en tanto por ciento. El rendimiento en los altavoces es de valor muy reducido, ya que los altavoces son muy deficientes en la transformación de la energía eléctrica en potencia acústica. El rendimiento de los altavoces suele ser entre el 1 y el 20 %. Un altavoz, con un rendimiento del 10 %, quiere decir que se necesita aplicarle una señal de 10 W de potencia eléctrica para obtener 1 W acústico.

4. TIPOS DE ALTAVOCES SEGÚN SU RESPUESTA EN FRECUENCIA. 4.1. Altavoces de Graves. Woofer. Se utilizan para reproducir frecuencias bajas, por lo que su frecuencia de resonancia debe ser lo más baja posible. A mayor diámetro, menor frecuencia de resonancia, y por lo tanto, reproducirá frecuencias más graves. Los diámetros normalizados por woofer vienen expresados en pulgadas, y sus valores más habituales son: 8”, 10”, 12”, 15” y 18” (1”= 2,54 cm). Un Woofer se observa en la Figura 8.

Altavoz de grave SPH-300KE de Monacor Impedancia (Z)

8Ω

Frecuencia resonancia (fs) 22 Hz Banda pasante máx.

24-2200 Hz

Potencia máxima

200 WMAX

Potencia nominal (P)

120 WRMS

Presión son. media (1W/1m)

90 dB

Figura 8. Woofer


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4.2. Altavoces de Medios. Squawker. Reproducen las frecuencias medias comprendidas entre una frecuencia no superior a 300 Hz y una frecuencia de corte superior comprendida entre 5 y 8 Khz (Figura 9). Altavoz de Medios SP-30A/200PAM de Monacor Impedancia (Z)

8Ω

Frecuencia resonancia (fs) 52Hz Banda pasante máx.

52-5000Hz

Potencia máxima

500WMAX


200WRMS

Presión son. (1W/1m)

101dB

Figura 9. Squawker

4.3. Altavoces para agudos. Tweeter. Reproducen las altas frecuencias de audio. La frecuencia de resonancia de estos altavoces se sitúa entre 3 y 4 Khz, con una frecuencia de corte superior por encima de los 20 Khz. El aspecto externo de los Tweeter podemos observarlo en la Figura 10. Altavoz de Agudos HT-95PA Impedancia (Z)

4Ω

Frecuencia resonancia (fs) 2,2 kHz Banda pasante máx.

2,2-20 kHz

Potencia máxima

60 WMAX


30 WRMS


101 dB

Ángulo de dispersión (vert./hor.)

45°/45°

Figura 10. Tweeter

Este tipo de altavoz podemos encontrarlo del tipo de bobina móvil o piezoeléctrico ( Figura 11). El tweeter piezoeléctrico es un dispositivo de alta impedancia por lo que no necesita un crossover (filtro). Altavoz de agudo Piézo KSN-1005 de Monacor Banda pasante

4000-20 000 Hz

Tensión máx.

35 V~

Carga admisible max. Sistema 4 Ω

300 W

Sistema 8 Ω

150 W

Presión son. (2,83V/1m) 94 dB Ángulo de dispersión (vert./hor.)

-

Impedancia / 1kHz

> 1000

Figura 11. Tweeter piezoeléctrico

Los Tweeter pueden fabricarse del tipo trompeta para mejorar su rendimiento (Figura 12).


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Altavoz de agudos tipo trompeta MHD-152 de Manacor Impedancia (Z)

8Ω

Frecuencia resonancia (fs)

1500Hz

Banda pasante máx.

1,5-20kHz

Potencia máxima

150WMAX


75WRMS


105dB

Figura 12. Tweeter tipo trompeta.

4.4. Altavoces Larga Banda, Sin ser altavoces especialistas en graves, medios o agudos, estos altavoces un ancho de banda de funcionamiento amplio, por lo que son usados en aplicaciones generales y en sonorización de locales (Figura 13). Altavoz larga Banda SP-30PATC de Monacor Impedancia (Z)

8Ω

Frecuencia resonancia (fs) 47Hz Banda pasante máx.

45-15000Hz

Potencia máxima

400WMAX


200WRMS


99dB

Figura 13. Altavoz Larga Banda

4.4. Trompetas o bocinas. Algunos de los altavoces que se utilizan actualmente llevan trompetas, ya sea en altavoces de agudos, de medios o de medios-agudos. El hecho de que los altavoces de agudos y medios tengan un diafragma de diámetro muy pequeño, hace que su vibración no produzca grandes desviaciones y no se puedan alcanzar grandes distancias. Para conseguir buenos rendimientos, con control de directividad y alcanzar grandes distancias se usan las bocinas o trompetas. Una bocina está formada por un altavoz de dimensiones reducidas (2” a 4”) denominado motor (Figura 14), generalmente del tipo dinámico o piezoeléctrico, el cual va unido solidariamente a un tubo, denominado bocina, trompeta o pabellón acústico, cuya sección transversal varía a medida que se aleja del diafragma del altavoz. El motor o altavoz está alojado en una caja o recinto cerrado que actúa de baffle de compresión. En la Figura 15 observamos un motor para una trompeta de medio-agudos, y en la Figura 16 se ve un pabellón sin el motor

Figura 14. Trompeta o bocina


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Motor de pabellón medio-agudo, 180 WMAX, 8 Ohm. Utilizable a la perfección en recintos profesionales. Impedancia (Z)

8Ω

Frecuencia resonancia (fs) 680 Hz Banda pasante máx.

fx-16000 Hz

Frecuencia de corte (fmax.) 1000 Hz (12dB/Oct.) Potencia máxima

250 WMAX


125WRMS


111dB

Figura 15. Motor de compresión.

Pabellón de medio-agudo de Monacor Banda pasante

≥1500Hz

Corte montaje

260x165mm

Profundidad montaje

202mm

Ángulo de dispersión (vert./hor.)

60°/100°

Figura 16. Bocina de medio-agudo

La ventaja fundamental de la bocina sobre los altavoces, que radian directamente el sonido al medio a través del cono del altavoz, es la mejor adaptación acústica que proporciona con el medio. Ello implica que se obtiene con una bocina una mayor intensidad acústica aplicándole señales menos potentes. Como inconveniente presentan una mala respuesta al espectro de las bajas frecuencias, donde prácticamente no tienen utilidad. La calidad del sonido que proporcionan suele ser inferior a los altavoces de radiación directa. La combinación de su alta eficiencia con la posibilidad de control de su directividad, hace que las bocinas sean muy usadas en sistemas de megafonía profesional y sonorización al aire libre. En la Figura 17 se representa una bocina para usar al aire libre o en empresas o talleres donde el ruido es elevado. Bocina IT115 linea 100 V . Para manifestaciones al aire libre, utilizaciones en empresas, talleres, … Carga admisible

15/10/5/3/1 WRMS

Banda pasante

280-12500 Hz


108 dB

Figura 17. Bocina para utilización al aire libre.


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5. PRUEBA DE ALTAVOCES. Para comprobar los altavoces (dinámicos), se recurre a la medida de la resistencia en continua de la bobina de hilo con un polímetro, obteniéndose así una resistencia medida que nos deberá dar valores próximos a los de la siguiente tabla de la Figura 18. Si el valor obtenido en la medida es infinito, nos indica que la bobina móvil del altavoz se encuentra abierta, por lo que tendremos que desecharlo por estar defectuoso. Igualmente, como consecuencia de un calentamiento producido en la bobina móvil por exceso de potencia disipada, puede producir dilataciones en ésta que provocarán un rozamiento en las paredes del entrehierro. El rendimiento del altavoz disminuirá por el rozamiento, produciendo distorsión. También podemos aplicar el generador de señal al altavoz, éste deberá de producir uno sonido limpio, esto solo podrá aplicarse en altavoces dinámicos pequeños y en otros altavoces que no sean dinámicos y por tanto no se pueda aplicar el procedimiento de medida con el polímetro. Impedancia Altavoz Z (Ω) Resistencia medida con polímetro R(Ω)

4

8

16

25

2,5 a 3,5

5a7

10 a 15

18 a 23

Figura 18. Resistencia de altavoces.

6. AURICULARES. El auricular es utilizado como sistema de escucha individualizado, y en instalaciones profesionales, como elemento de monitorizado, para realizar preescuchas. El elemento transductor que utilizan, es un pequeño altavoz, que normalmente es del tipo dinámico. Hay varios tipos de auriculares: -

Auricular dinámico: Se basan en pequeños altavoces dinámicos, y por tanto su estructura y funcionamiento es similar. Los bobinados de sus altavoces suelen tener mayor impedancia que la que utilizan los altavoces normales, llegando hasta los 300 ohmios con sensibilidades de hasta 100 dB SPL con sólo 0,3 V eficaces.

-

Auricular electrostático: Tiene al igual que el altavoz electrostático la estructura de un condensador, que se debe alimentar con una fuente de alimentación auxiliar.

-

Auricular isodinámico: Es parecido al dinámico pero con un diafragma plano, de este modo se mejora la respuesta en frecuencia, tratando de obtener una calidad similar a los electrostáticos pero con la simplicidad de los dinámicos. El avance tecnológico actual en auriculares, además de mejorar sus prestaciones en frecuencia, se encauzan hacia la disminución de peso, por ello cada vez se van utilizando nuevos imanes, como el de cobalto-samario, que mejoran dichas características

El sistema de conexión que utilizan, es del tipo jack de 6,3 mm o de 3,5 mm. Según el tipo de utilización pueden ser monofónicos o estereofónicos. En la Figura 18 se muestra unos cascos estéreo. Cascos estéreo MD5200 Convertidor

Neodimio

Sistema

Ø 40 mm, dinámico

Banda pasante

20-22 000 Hz

Impedancia

64 Ω

Potencia de entrada máx. Sensibilidad

106 dB/1m

Figura 18. Cascos estéreo.


Tema nº 4: Filtros divisores de Frecuencia y Cajas acústicas

Equipos de Sonido

Filtros Divisores de Frecuencia y Cajas acústicas 1. FILTROS DIVISORES DE FRECUENCIA. Dada la dificultad técnica que entraña que un solo altavoz reproduzca, con alta fidelidad y potencia todo el espectro de audio, la solución idónea es utilizar varios altavoces específicos para cada zona de frecuencias (graves, medios y agudos), del tal forma que entre todos los altavoces usados cubran toda la banda de audiofrecuencia. Los filtros divisores de frecuencia se encargan de repartir las frecuencias, de tal modo que a cada altavoz le llegue exclusivamente la banda de frecuencias que mejor reproduce. De esta forma se obtiene de cada altavoz el mayor rendimiento, y la mejor calidad o fidelidad. Los sistemas más utilizados son los que se representan en la Figura 1. El sistema de dos vías consta de una vía para woofer, y otra vía para agudos o tweeter. El sistema de tres vías, añade una tercera vía para los medios. En la actualidad se está extendiendo el sistema de cuatro vías que consta de los tres anteriores, y la cuarta vía para subwoofer, que solamente reproduce las frecuencias muy bajas, por debajo de los 120 Hz. Se observa que para cada vía se requiere su correspondiente filtro. El tipo de filtro más usado para los divisores de frecuencia en las pantallas acústicas es el tipo pasivo, constituido por bobinas y condensadores, que en función de la impedancia variable que poseen con la frecuencia, dejan pasar cierta banda del espectro de audio. El filtro pasivo no amplifica la señal.

Filtro de Grav es

Woof er Fuente de señal

Fuente de señal

Amplificador

Amplificador Filtro de Agudos

Woof er

Filtro de Medios

Squawker

Filtro de Agudos

Tweeter

SISTEMA DE DOS VIAS

Filtro de Grav es

Tweeter

SISTEMA DETRES VIAS

Figura 1. Configuraciones básicas de los filtros divisores de frecuencia.

En sistemas donde se trabaja con potencias elevadas de sonido, como ocurre en los conciertos en directo o en las grandes discotecas, se utilizan filtros activos. Estos filtros necesitan ser alimentados y tienen cierta amplificación de la señal. Se conectan antes de los amplificadores o etapas de potencia, como se observa en la Figura 2. A los filtros activos o divisores electrónicos de frecuencia se les suele denominar Crossover electrónicos. El término Crossover en ingles engloba todos los filtros, también los pasivos. En la Figura 3 observamos el aspecto externo de un crossover electrónico de 2 vías estéreo.


Tema nº 4: Filtros divisores de Frecuencia y Cajas acústicas CROSSOVER

Amplif icador De Grav es

Filtro activ o de Grav es

Woof er Amplif icador De Medios

Preamplif icador Fuente de señal Filtro activ o de Medios

Squawker Amplif icador De Agudos

Filtro activ o de Agudos

Tweeter

Figura 2. Sistema de tres vías con Crossover electrónico.

Figura 3. Crossover 2 vías estéreo + subgraves.

1.1. Características de los filtros. 1.1.1. Número de Vías. Es el número de circuitos separadores de frencuencias, que irán conectados a los altavoces especialistas de una caja acústica (woofer, squawker, tweeter). Normalmente existen de dos o de tres vías.

Filtro pasivo de dos vías

Filtro pasivo de 3 vías Figura 4. Filtros de dos y tres vías

1.1.2. Frecuencias de cruce. La frecuencia de corte de un filtro es aquella frecuencia cuya amplitud es un 70.7% del valor de la amplitud máxima de la señal, lo que equivale a una atenuación de tensión o de corriente de -3dB: Supongamos que, mediante un generador de señales de BF aplicado a la entrada de un amplificador, se estudia la curva de respuesta del conjunto amplificador-filtro de dos vías. Esta curva de respuesta es distinta según se mida la tensión de salida en la vía de graves o en la de agudos (Figura 5). La curva de respuesta del filtro de graves es la de la derecha y la del filtro de agudos la de la izquierda. Pues bien, las dos curvas obtenidas deben ser complementarias, de forma que consideradas en conjunto, la respuesta total sea plana en toda la gama de audio; es decir, que la tensión en la salida del conjunto se mantenga siempre por encima de 70.7% de la tensión máxima. Para ello es preciso que la



frecuencia de corte superior de la vía de graves coincida con la frecuencia de corte inferior de la vía de agudos. A esta frecuencia común se la denomina frecuencia de cruce. En la Figura 9 la frecuencia de cruce es de 1 KHz.

Figura 5. Curvas de respuesta de un filtro de dos vías para graves y agudos.

Cuando se utiliza un filtro de tres vías, las frecuencias de cruce son dos: la correspondiente a la vía de graves con la de medios y la correspondiente a la vía de medios con la de agudos (Figura 6).

Figura 6. Curva de respuesta de un filtro de tres vías.

1.1.3. Pendiente de un filtro. Recordemos que una octava musical es el intervalo comprendido entre dos frecuencias, siendo una el doble de la otra. La pendiente de un filtro indica la inclinación de bajada de la curva de respuesta en frecuencia. La pendiente vendrá expresada como el número de dB que decrece la señal a la salida del filtro cada vez que se dobla la frecuencia. Las pendientes más usuales en filtros son de 6, 12 o 18 dB/octava. Lógicamente, cuanto mayor sea la atenuación por octava mejor será el filtro, pues mayores son sus cualidades para no dejar pasar hacia el altavoz las frecuencias que no le corresponden.

Figura 7. Curvas de respuesta de 3 filtros de dos vías, con 6, 12, y 18 dB/octava de atenuación.



En la Figura 7 se muestran las curvas de respuesta de tres filtros de dos vías, de distinta pendiente y con una frecuencia de corte común de 1 kHz (frecuencia de cruce). Sin embargo, las pendientes son diferentes para cada uno de ellos. La pendiente de atenuación de un filtro depende del número de elementos constituyentes del mismo. Cada elemento (sea capacitivo o inductivo) lleva a una atenuación de 6 dB/octava. Así, un filtro con un solo elemento tiene una pendiente de 6 dB/octava, con dos elementos 12dB/octava y con tres elementos 12dB/octava; esto para cada una de las vías, y no para el conjunto de ellas. De las tres pendientes citadas, la de 12dB/octava es la más utilizada.

1.1.4. Impedancia de carga. La impedancia de carga de un filtro nos da la resistencia que éste debe presentar a su entrada y a su salida para adaptar la impedancia del amplificador a la de los altavoces a los que va a alimentar. Esta impedancia debe ser igual a la del amplificador e igual a la de los altavoces.

1.1.5. Potencia. Otro dato que debemos dar a la hora de adquirir un filtro pasivo es la potencia en watios que debe soportar, que será normalmente superior a la que de el amplificador.

1.2. Filtro pasivo de dos vías. Los filtros pasivos están basados en la impedancia que presentan algunos componentes a diferentes frecuencias: 9

El condensador presenta baja reactancia capacitiva Xc para las altas frecuencias, por lo que las deja pasar fácilmente.

Xc =

1 2×π × f ×C

donde Xc = Reactancia capacitiva en Ohmios, C= capacidad en faradios, f=frecuencia en Hz. 9

La bobina presenta baja reactancia inductiva Xl para las bajas frecuencias por lo que las deja pasar fácilmente.

X L = 2×π × f × L donde XL = Reactancia inductiva en Ohmios, L= inductancia en Henrios, f=frecuencia en Hz. El filtro más sencillo consiste en un simple condensador conectado en serie con el altavoz de agudos (Tweeter) y una bobina conectada en serie con un altavoz de graves (Woofer)(Figura 8). El condensador ofrece una reactancia muy baja al paso de las altas frecuencias de audio, mientras que su reactancia a las bajas frecuencias de audio es muy elevada evitando así el paso de estas frecuencias hacía el altavoz de agudos. El altavoz de agudos recibe de esta manera solo las frecuencias altas.

Figura 8. Filtro de dos vías de 6dB/octava



La bobina presenta mayor reactancia al paso de la corriente alterna cuanto mayor sea la frecuencia de esta, así que solamente dejará pasa las frecuencias bajas al Woofer.

Las fórmulas de cálculo para el filtro pasivo de dos vías son las siguientes:

Donde Z es la impedancia del altavoz y f es la frecuencia de cruce de filtro, es decir, aquella frecuencia para la cual las reactancias inductiva y capacitiva son iguales. En la figura 9 se ha dibujado el esquema de un filtro de dos vías (agudos y graves), en el que se ha añadido un condensador en derivación con el Woofer para que cortocircuite las altas frecuencias que puedan llegar a este altavoz, y también se ha añadido una bobina en paralelo con el Tweeter para que cortocircuite las bajas frecuencias. Con este circuito se obtiene el doble de la atenuación (12 dB/octava) que con el filtro anterior, por lo que resulta más efectivo.

Figura 9. Filtro de dos vías de 12 dB/octava.

Las fórmulas de cálculo para las bobinas y condensadores son:

siendo “f” la frecuencia de cruce en Herzios. En la Figura 10 observamos el aspecto externo de un filtro de 2 vías. Filtro de 2 vías ECPA-2501 de SONELSA: POTENCIA: 500 W. IMPEDANCIA: 8 FRECUENCIA DE CORTE: A 5.000 Hz. Atenuación: -12 dB/Oct. Figura 10. Filtro de dos vías de Sonelsa

1.3 Filtro de tres vías. Los filtros de tres vías dividen el espectro de frecuencias de audio en tres bandas: graves, medios y agudos. Este circuito (Figura 11) está compuesto por una inductancia (Lw) en serie con el altavoz de graves, la cual se opone al paso de las frecuencias medias y altas hacia el citado altavoz ; un condensador (CSq) y una inductancia (LSq) en serie con el altavoz de medios, oponiéndose la inductancia al paso de las altas frecuencias y el condensador a las bajas frecuencias de audio; y un condensador



(CT), en serie con el altavoz de agudos, que se opone al paso de las frecuencias medias y bajas hacia el citado altavoz.

Figura 11. Filtro pasivo de 3 vías de 6dB octava

Las fórmulas de cálculo de cada uno de los componentes de este filtro, teniendo en cuenta que en él existen cuatro frecuencias de corte, son:

Donde Z es la impedancia del altavoz, f1 es la frecuencia de corte superior del altavoz de graves, f2 es la frecuencia de corte inferior del altavoz de medios, f3 es la frecuencia de corte superior del altavoz de medios, f4 es la frecuencia de corte inferior del altavoz de agudos. Normalmente se establecen las igualdades f1=f2 y f3=f4. El circuito descrito presenta una atenuación de 6 dB/octava.

Figura 12. Filtro pasivo de tres vías de 12 dB/octava.

Un filtro de tres vías, que proporciona una atenuación de 12dB/octava, es el que se muestra en el esquema de al Figura 12. Los valores de cada una de las inductancias y capacidades de este filtro se calculan con las siguientes fórmulas:



En la Figura 13 observamos un filtro de 3 vías. Filtro de 3 vías X-3120 de SONELSA: RED DE CRUCE: 3 vías. POTENCIA: 150 W. IMPEDANCIA: 8 FRECUENCIAS DE CORTE: A 800 y 5.000 Hz. Atenuación: -6 dB/Oct.

Figura 13. Filtro de tres vías de Sonelsa.

2. CAJAS ACÚSTICAS Debido a que los altavoces emiten sonidos por los dos lados de la membrana, es necesario separar la señal emitida frontalmente y la posterior, para evitar que se anulen y se produzca una disminución de la vibración del diafragma (Ver Figura 14).

Figura 14. Interacción entre el sonido generado en la parte anterior y posterior de un altavoz.

2.1. Bafle ideal. Se ha dicho en el apartado anterior que es necesario evitar la neutralización de las ondas sonoras generadas en la parte anterior y posterior del diafragma de un altavoz. Lógicamente, el sistema más perfecto consiste en disponer el altavoz en un tabique de separación de dos habitaciones, de forma que una de ellas sólo reciba las ondas generadas en la parte anterior del diafragma y la otra las ondas sonoras generadas en la parte posterior (Figura 15). Este sistema recibe el nombre de bafle ideal, pues es imposible la interacción de ambas ondas.

Figura 15. Bafle ideal



Sin embargo, presenta el inconveniente de tener que disponer de dos habitaciones de dimensiones parecidas y, además, el que en ambas se oye el sonido, lo cual no siempre es deseable. En sonorización es muy habitual el montaje de altavoces empotrados en falsos techos, huecos de armarios, etc. Esta situación es muy parecida a la del Bafle ideal.

2.2. Bafle cerrado. Una solución más práctica que la del bafle ideal consiste en montar el altavoz (o altavoces) en una caja acústica completamente cerrada, de forma que la radiación posterior no pueda salir del interior de la caja (Figura 16). Sin embargo, esto empeora las condiciones de trabajo del altavoz con respecto al bafle ideal. Ciertamente, si se elige una caja de dimensiones reducidas, la masa de aire contenida en ésta está sometida a depresiones y presiones mucho mayores que las de la masa de aire de la habitación. El efecto es como si las suspensiones elásticas del altavoz se hubiesen hecho más rígidas y, como consecuencia, aumenta el valor de la frecuencia de resonancia del altavoz y, por tanto, menor será la respuesta en el extremo de los sonidos graves.

Figura 16. Bafle cerrado.

En este tipo de bafle es muy importante recubrir las paredes internas con una capa de, como mínimo, 25 mm de espesor de lana de vidrio o de otro material absorbente del sonido, con la finalidad de evitar las indeseables reflexiones de las ondas, especialmente las de AF, en el interior del recinto.

2.3. Bafle reflector de bajos (bass-reflex). El bafle reflector de bajos, también conocido con el término inglés bass-reflex, es una variante perfeccionada del bafle del bafle cerrado, con el fin de reducir el pico de resonancia del altavoz y extender el margen de reproducción para los tonos bajos. Como muestra la Figura 17, consiste en un recinto cerrado al que se le ha practicado una abertura en su parte frontal, de tal manera que la presión acústica generada en la parte posterior del altavoz es reflejada hacia la parte frontal, contribuyendo a la radiación sonora del altavoz.

Figura 17. Bafle reflector de bajos (bass-reflex).



Las dimensiones del agujero están calculadas para que la frecuencia de resonancia de la ventana o agujero coincida con la del altavoz, consiguiendo un resonador que refuerza el sonido de graves, por eso se le llama “bass reflex”. Algunas cajas sobre todo en HI-FI doméstico, llevan la ventana en su parte posterior, por lo que deben colocarse a cierta distancia de la pared.

2.4. Pantalla acústica con radiador pasivo. La pantalla acústica con radiador pasivo consiste en un bafle reflector de bajos en el que se sustituye el aire de la ventana por un altavoz desprovisto de sistema motor (Figura 18).

Figura 18. Pantalla acústica con radiador pasivo.

El radiador pasivo no se excita por la señal eléctrica que proporciona el amplificador, sino por las variaciones de presión del aire encerrado dentro de la caja acústica. Al diafragma del radiador pasivo se le añade una masa, de forma que éste resuene cerca de la frecuencia de resonancia, reforzando así la señal del altavoz. Este bafle consigue mejorar la respuesta de graves y reduce la distorsión. Todo esto con un volumen de caja inferior al del bass-reflex y con una respuesta mejor.

2.5 Altavoces en Columna. Si necesitamos sonorizar un área más amplia de la que podemos cubrir con una bocina o, por el contrario, debemos reducir el ángulo de cobertura de un altavoz para evitar una reflexión, tendremos dos posibilidades: a) Conseguir el altavoz con las características adecuadas. b) Combinar varios altavoces en columnas o altavoces y bocinas en abanico. Como norma general podemos decir que cuando colocamos varios altavoces en columna (Figura 19) el ángulo de cobertura horizontal del conjunto es similar al de un solo altavoz, pero el ángulo de cobertura vertical se reduce a la mitad cada vez que doblamos el número de altavoces apilados. Este es el fundamento de las columnas, y tiene una gran aplicación para evitar reflexiones del sonido en el techo o suelo de una estancia, lo que permite obtener un mayor alcance antes de que la reverberación enmascare y haga ininteligible el sonido. El punto más importante a respetar cuando se construyen columnas de altavoces es que el centro acústico de todos ellos esté perfectamente alineado en el plano vertical, y que los conos de los diversos altavoces se encuentren próximos.



Figura 19. Columnas de altavoces.

2.6. Altavoces y bocinas en abanico. Para conseguir ampliar el ángulo de cobertura horizontal de altavoces normales o de bocinas, se utiliza habitualmente la disposición en abanico, (Figura 20), que consiste en apilar varios altavoces sobre la vertical de su centro acústico y orientarlos de forma que cubra cada uno una parte del ángulo horizontal deseado. Recomendamos efectuar el montaje tal como indica la Figura 20 (A) ya que si lo hacemos como en (B) empeora la uniformidad de la cobertura.

Figura 20. Instalación correcta de altavoces y bocinas en abanico.

2.7. Puesta en fase de los altavoces. Un dato muy importante a tener en cuenta es la puesta en fase de los altavoces de la pantalla acústica y de las pantallas entre ellas. Esto se consigue aplicando una pila de 1,5V a los bornes de cada uno de los altavoces o de las pantallas acústicas, de manera que todos los conos de desplacen en el mismo sentido. Se marca entonces de polaridad de los bornes y se conectan a los filtros divisores de frecuencia de forma adecuada. El pasar por alto esta comprobación supone una disminución en la potencia acústica de las pantallas, pues las presiones y depresiones de los conos se restan y desminuye el nivel sonoro.

_____________________________________________________________________________ Equipos de Sonido MVA 4 - 10


2.8. Ejemplos comerciales de pantallas acústicas. Caja acústica para línea 100 V Prisma 125BT de Sonelsa POTENCIA: 85 W RMS. 125 W máximo. RESPUESTA: 40-20.000 Hz. ALTAVOCES:1 woofer 8". 1 tweeter 1" IMPEDANCIA: Alta Z línea 100 V: 250 (40 W), 330 (30 W), 500 (20 W), 1000 (10 W). Baja Z: 8 PRESIÓN ACÚSTICA: 88 dB a 1W/1m. ÁNGULO DE COBERTURA: 135° CONMUTADOR: Selector W alta Z, baja Z y off. Recintos cerrados Hi-Fi, 2 vías LSP-60 de Manacor Impedancia

8Ω

Banda pasante

60–20 000Hz

Frecuencia corte (12 dB / Oct)

3500 Hz

Potencia máx.

60 WMAX

Potencia nominal

40 WRMS

Presión son. ( 1 W/1 m)

87 dB

Sistema Graves

1 x ø 130 mm (5‘‘)

Tweeter de cúpula

1 x ø 25 mm (1‘‘)

Sistema de altavoces 5.1 activos con Subwoofer para Home Cinema. BA51 de Sonelsa POTENCIA Subwoofer: 30 W. Satélites: 5 x 8 W = 40 W. RESPUESTA Subwoofer: 50 - 200 Hz. Satélites: 200 - 20.000 Hz. ALTAVOCES Subwoofer: 6 1/2". Satélites: 4" + tweeter 1/2". Columna de sonorización para línea de 100 V. ETS-622/WS de Manacor.

Banda pasante

125-12000Hz

Número de altavoces

2

Potencia nominal

20/10/5/2,5WRMS


97dB

Dimensiones (B x H x P)

225x525x145mm


Tema nº 4: Filtros divisores de Frecuencia y Cajas acústicas Recinto profesional PAB-315 de Monacor. Sistema

2 vías Bass Reflex

Graves

38cm (15")

Agudos

medio agudo de pabellón

Cargas admisibles Potencia máxima

400WMAX

Potencia nominal

300WRMS

Generalidades Impedancia

8Ω

Banda pasante

45-19000 Hz

Presión sonido media (1 W/1 m)

98dB

Presión son. nom. max.

122dB

Recinto profesional activo 3 vias PAK-415 de Monacor. Banda pasante

40-20000Hz

Potencia ampli

500WMAX/300WRMS

Entradas

1mV/10mV/6,6kΩ (Mic., sim.) 100mV/45kΩ (Line, sim.)


99dB


123dB

Temperatura de func.

0-40 °C

Alimentación

230V~/50Hz/550VA

Subwoofer profesional PSUB-415 de Manacor Sistema

Subwoofer bass-reflex

Graves

38cm (15")

Agudos

-

Cargas admisibles Potencia máxima

1500WMAX

Potencia nominal

500WRMS

Generalidades Impedancia

8Ω

Banda pasante

35-250Hz

Presión sonido media (1 W/1 m)

97dB


123dB

Proyector de sonido para línea 100 V, fijación en techo o pared EDL-255/WS de manacor Banda pasante

100-15 000 Hz

Potencia nominal Funcionamiento 100 V Funcionamiento 8 Ω Presión son. media (1W/1m)

15/8/4/2 WRMS 15 W/8 Ω 92 dB


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Tema nº 5: Conexionado de Equipos

Equipos de Sonido

Conexionado de Equipos El conexionado entre los diversos componentes que conforman una instalación de sonido es especialmente importante para determinar la calidad y fiabilidad de la instalación. Además deberemos tener en cuenta las normas básicas para conseguir perfectas conexiones y adaptaciones entre los distintos equipos que forman una instalación de sonido.

1. CONEXIONES DE MICRÓFONOS. Acoplamiento de impedancias: Generalmente, la mayoría de los micrófonos tienen una impedancia de 50 KΩ (alta impedancia) o de 600 Ω (baja impedancia). Debemos de recordar que para una buena adaptación de impedancias la impedancia de entrada del amplificador debe ser igual a la impedancia del micrófono. Conexión balanceada y no balanceada: En los cables para micrófonos, se emplea un conductor sencillo y una malla de blindaje para los tipos no balanceados y dos conductores con una malla para los tipos balanceados (Fig. 1 y 2). La longitud del cable puede ser hasta 80 m para los tipos balanceados, menos de 10 m para los no balanceados de 50 KΩ y aproximadamente 20 m para los no balanceados de 600 Ω.

Figura 1. Conexión balanceada no balanceada de un micrófono al amplificador.

Figura 2. Cable para micrófono para una conexión balanceada.


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Conversión conexión balanceada – conexión no balanceada: La conversión de un micrófono que tenga un conector balanceado o uno de tipo no balanceado puede efectuarse uniendo una de las líneas de señal con la malla de blindaje (Fig.3). Similarmente, cuando se desea convertir un micrófono desbalanceado en uno balanceado, debe utilizarse un transformador de acoplamiento.

Figura 3. Conversión de entrada XLR balanceada a salida Jack no balanceada

Precauciones al instalar un micrófono: 9 9 9 9 9

En los casos en que la longitud entre el amplificador y el micrófono esté entre 80 m y varios cientos de metros, se deberá instala un preamplificador y la línea será balanceada. Cuando hay varios micrófonos estos deben estar en fase. Esto se comprueba colocándolos a una distancia de unos 30 cm entre sí y hablando exactamente en medio. Si no están en fase, se notará en la salida del amplificador una falta muy evidente de tonos bajos. Hay que orientar micrófonos y altavoces para evitar el acoplamiento acústico. Manténgase el cable del micrófono lo más alejado posible de altavoces y de otras líneas y equipos electrónicos. El cable debe ser lo más corto posible.

2. CONEXIÓN DE TOCADISCOS. Si el tocadiscos usa unidades de cristal o cerámica la conexión debe hacerse a la entrada auxiliar del amplificador, mientras que si la unidad es del tipo MM (magneto móvil) la misma debe conectarse a la entrada de la unidad magnética del amplificador. Si el tocadiscos usa una unidad de MC (bobina móvil) que tenga una baja resistencia y un bajo nivel de salida, debe chequearse la resistencia de entrada del amplificador y el voltaje necesario para máxima excitación.

3. CONEXIÓN DE GRABADORAS Y UNIDADES DE MÚSICA INDIRECTA. La conexión de estos dispositivos a los amplificadores, puede realizarse en la entrada auxiliar. En los casos que se requiera grabar sonidos desde el amplificador, las conexiones se efectuarán entre el terminal “salida para grabación” (REC OUT) en el amplificador y el terminal “entrada para grabar” (REC IN O AUX IN) en la grabadora.

4. CONEXIÓN ENTRE EQUIPOS. Habrá que tener en cuenta que el nivel de salida del dispositivo emisor de señal, no sea superior que el nivel de entrada máximo admisible por el dispositivo que recibe la señal. También tendremos que realizar un acople de impedancias correcto entre dispositivos. Las precauciones que debemos tomar para conectar dos equipos son: 9 9 9

Espaciar los conductores de interconexión entre dos equipos tanto como sea posible de otras líneas (cables de micrófonos, cables de altavoces, líneas de corriente alterna). La longitud de las líneas debe ser lo más corta posible. Manténgase alejado de los equipos de alta frecuencia.

5. CONEXIONADO DE ALTAVOCES. Conexión en fase de altavoces: Cuando hay varios micrófonos o altavoces en una misma instalación, es importante verificar la polaridad de las conexiones, porque las señales eléctricas de los micrófonos y de los altavoces deben estar todas en fase entre sí., es decir que todos los conos se muevan en el


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mismo sentido. Si por cualquier causa no lo estuvieran, se crean zonas “muertas” de silencio y pérdida de calidad sobre todo para las bajas frecuencias. Generalmente, los altavoces tienen un terminal de la bobina móvil o del transformador marcado ya de fabrica. En caso de duda, puede realizarse una prueba con una pila de 4,5 V (para la bobina móvil) o una batería de 60V (transformador de 100V); dando tensión, el cono se desplaza hacia delante o hacia atrás permitiendo identificar la polaridad (Figura 4).

Figura 4. Desplazamiento del cono en función de la polaridad de sus terminales.

Conductores para altavoces: Estos conductores llevan la corriente de salida del amplificador, o etapa de potencia, hacia los altavoces, por lo que las corrientes transportadas suelen ser elevadas. Los cables de altavoz deben estar polarizados, es decir, deben distinguirse para conectarlos correctamente a la salida del amplificador y a los altavoces. A nivel doméstico se utiliza el típico cable rojo y negro (Figura 5), aunque en la actualidad se está extendiendo el uso, también por particulares, del cable profesional fabricado con cobre libre de oxigeno (OFC, ver Figura 6), el cual posee una mejor conductividad, aprovechando de esa manera casi todo el rendimiento que dan los amplificadores. En la Figura 7 observamos el cable típico par líneas de tensión constante. Los conductores usados para altavoces se dividen en dos grupos: conductores para uso en exteriores y para usos en interiores.

Figura 5. Cable de altavoz.

Figura 6. Cable OFC libre de oxigeno para altavoces.

Figura 7. Cable línea de 100 V

Precauciones en la instalación de altavoces: 9 9 9

Espaciado de los conductores de altavoces y las líneas de fuerza de alto voltaje (mínimo 2 metros). La longitud de los conductores debe ser lo más corta posible. Los conductores deben estar perfectamente identificados para evitar conexiones equivocadas.


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6. CONECTORES. Los conectores permiten la entrada y salida de señal de los diversos equipos, por lo que es importante la mejor o peor conductividad de sus elementos de conexión, pudiendo introducir resistencias considerables al paso de la señal y dando lugar a resultados sonoros defectuosos.

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Conector RCA:

También denominado Cinch, es el más extendido en equipo HI-FI para la entrada y salida de la señal, aunque también los utilizan algunos equipos profesionales. Es un conector monofónico, por lo que se necesitaran dos una para el canal izquierdo y otro para el derecho. A cada uno de ellos se conecta su hilo activo (vivo) y su pantalla (Figura 8).

Figura 8. Conector RCA

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Conector JACK:

Los Jack son muy utilizados en equipos profesionales, para instrumentos musicales, mesas de mezclas, micrófonos, tanto para señal como para salida de altavoces en cajas acústicas de cierta potencia. Para señales no balanceadas se utiliza el Jack Monofónico, y para señales balanceadas el estéreo. Para cascos o auriculares también es el conector Jack estéreo el normalmente utilizado. En salida de altavoces o en cajas acústicas siempre se utiliza el monofónico. Existen dos tipos de Jack el de 3,5 mm y el de 6,3 mm de diámetro (Figura 9).


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Figura 9. Conector JACK

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Conector XLR (Canon).

El conector XLR, también conocido como CANNON es utilizado por su robustez y fiabilidad en conexiones de audio. En instalaciones de megafonía suelen ser los micrófonos quienes incorporan este tipo de conector aunque se pueden ver en otros tipos de dispositivos como ecualizadores u otros aparatos. En el caso de micrófonos balanceados los tres pines de conexión corresponden a la pantalla y a las dos señales. Los pines de estos conectores están numerados como 1, 2 y 3. Siendo el pin nº 1 la conexión de masa, el pin nº 2 la señal de audio en fase y el pin nº 3 corresponde a la señal de audio en desfase (Figura 10).

Figura 10. Conector XLR (Canon).

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Conector DIN:

Es un conector que está en desuso. Se utilizo hace unos años en equipos HI-FI, pero hoy día esta totalmente desplazado por los RCA y en menor medida por los JACK. Para usos profesionales ha sido sustituido por los XLR. El conector DIN se utiliza para la conexión de salidas/entradas de señal de audio en bajo nivel. En conectores DIN existen versiones con 3 o 5 pines. El conector de 5 pines permite realizar la conexión estéreo de entrada y salida de una platina grabadora-reproductora mediante un único conector (Figura 11).


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Figura 11. Conector DIN 5 pines.

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Conector SPEAKON: Utilizado como su nombre indica para altavoces por su fiabilidad y seguridad (Figura 12).

Figura 12. Conector Speakon macho aéreo y hembra de chasis

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Euroconector SCART:

Es un conector con 21 pines, que permite enviar y recibir señales de audio y video, por lo que se utiliza en televisiones, vídeos (VCR, ordenadores personales, o cualquier otro tipo de aparato A/V. El sonido de un televisor, en ocasiones, es necesario reforzarlo, mejorarlo, realizar una ecualización, mezclarlo con otros sonidos, amplificar su potencia, o distribuirlo por varias zonas para por ejemplo la simulación de una sala de cine. Paro todo ello, será necesario extraer la señal original del equipo y conducirla al equipo de sonido adecuado a través de las correspondientes salidas del Euroconector. En otras ocasiones se pretende añadir otros sonidos a determinadas imágenes o para procesos de grabación, para los cuales se necesitan los canales de entrada de audio (Figura 13).

Figura 13. Euroconector SCART


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Terminales de un Euroconector 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.

Salida de audio canal derecho. Entrada de audio canal derecho. Salida de audio canal izquierdo. Masa de audio. Masa de canal B (Azul). Entrada de audio canal izquierdo. Entrada de información B (Azul). Entrada de video. Entrada de canal G (Verde). Línea de interconexión invertida. Entrada de información G (Verde)

Línea de interconexión directa. Masa de canal R (Rojo). Masa de línea de interconexión. Entrada de información R (Rojo). Conmutación para RGB. Masa de Vídeo. Masa de conmutación RGB. Salida de Vídeo. Entrada de Vídeo. Masa de conector.

7. ADAPTADORES. Los adaptadores son convertidores de un tipo de conexión a otro, en un solo elemento compacto, para facilitar la interconexión de unos equipos a otros. Existen adaptadores simples y múltiples (ladrones o distribuidores). Algunos ejemplos de adaptadores podemos verlos en la Figura 14.

Jack macho mono 6,3 mm a RCA hembra

Jack macho mono 6,3 mm a 2x RCA hembra mono 6,3 mm

XLR hembra a Jack macho estéreo 6,3 mm

XLR hembra a RCA macho

RCA macho a 2 RCA hembra

Jack macho estéreo 6,3 mm a Jack macho estéreo 6,3 mm Figura 14. Adaptadores


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Tema nº 6: Sistemas de sonorización

Equipos de Sonido

Sistemas de Sonorización 1. INTRODUCCIÓN. Las instalaciones que estudiaremos básicamente entran dentro del campo de la sonorización, pero éstas, a su vez, pueden dividirse en varias prestaciones que van desde la distribución de sonido musical en el ámbito doméstico y comercial (para sonorizar viviendas, oficinas y diversas áreas de pequeños negocios), que denominaremos instalaciones de sonorización ambiental, hasta aquellas otras que utilizan amplificadores de gran potencia a impedancia o tensión constante y difusores acústicos (altavoces, bocinas exponenciales y columnas acústicas), de idéntica potencia a la del amplificador y con un amplio grado de cobertura, para sonorizar grandes instalaciones (tanto interiores como exteriores: hoteles, polideportivos, colegios, piscinas, supermercados, mítines, etc.), que denominaremos instalaciones de sonorización profesional. La diferencia entre sonorización ambiental y profesional está clara, la primera trata de transmitir la música a un nivel sonoro suave, acorde al entorno o ambiente donde se emite; a diferencia de la segunda, que consiste en transmitir generalmente los eventos deportivos, musicales o políticos, sin descartar los mensajes o los avisos en grandes superficies, tanto interiores como exteriores, a un nivel sonoro mucho más elevado para que tenga una mayor cobertura en su difusión. La megafonía consiste en transmitir generalmente el aviso o mensaje desde un punto determinado, generalmente la central, a otro, u otros, llamados zonas (habitaciones, estancias o espacios abiertos), a un nivel sonoro acorde al tipo de instalación donde ésta se encuentre ubicada (instalación de sonido ambiental o profesional), generalmente con un nivel sonoro algo más elevado para que tenga una mayor cobertura e intensidad en su difusión. La megafonía se establece siempre en un mismo sentido, es decir, desde la central a la zona o zonas, y tiene como principal objetivo conseguir una elevada inteligibilidad, ya que va destinada casi siempre a voz. Este tema tiene como finalidad estudiar los distintos sistemas de sonorización que se emplean en el mercado, junto con los conceptos básicos y descripción de los equipos y materiales utilizados en dichas instalaciones. Aunque existen multitud de formas de realizar un sistema de sonorización, los vamos a clasificar en dos grandes grupos: A. Sistemas de sonorización centralizados. B. Sistemas de sonorización con Amplificación y Control distribuido.

2. SISTEMA DE SONORIZACION CENTRALIZADOS. Los sistemas convencionales de sonorización utilizan un método basado en la amplificación centralizada, que consiste en unificar en un solo punto tanto las fuentes sonoras (CD, radio, micro, etc.) como los amplificadores y sus elementos de control correspondientes (volumen, puesta en marcha, tonos, etc.). Esta tecnología actualmente queda obsoleta y solo se usa en algunas ocasiones en pequeñas instalaciones.


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Los diferentes elementos que integran un sistema de sonorización, según este método, son: •

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Amplificador de potencia centralizado con una única ubicación física, cuyas funciones básicas serán: adaptación, preamplificación y corrección de las fuentes sonoras (micrófonos, giradiscos, CD, etc.), amplificación de potencia y adaptación a la línea de conexión de los difusores acústicos (altavoces, bocinas o columnas acústicas). Los difusores acústicos que transformarán la energía eléctrica en energía acústica. Estos pueden ser altavoces, bocinas exponenciales o cajas acústicas (baffles). Los mandos reguladores encargados de modificar el nivel sonoro correspondiente que llega a cada altavoz. Estos mandos son normalmente atenuadores constituidos por potenciómetros bobinados. Una línea de conexión que distribuye la señal sonora, ya amplificada, a los difusores acústicos. Esta distribución puede realizarse de dos formas diferentes: o o

Líneas de distribución de sonido a impedancia constante. Líneas de distribución de sonido a tensión constante.

2.1 LÍNEAS DE DISTRIBUCIÓN DE SONIDO A IMPEDANCIA CONSTANTE. CONEXIÓN DIRECTA AMPLFICADOR-ALTAVOZ La distribución a impedancia constante consiste en agrupar los difusores acústicos, de tal forma que la impedancia resultante sea equivalente a la impedancia de salida del amplificador de potencia y, en general, que todos los altavoces pertenezcan a una misma área a sonorizar (Fig. 1).

Figura 1. Sistema de amplificación centralizado con línea de distribución de sonido a impedancia constante.

En este sistema, la unidad central de potencia actúa con sus controles de volumen y tonos sobre toda la instalación. Normalmente, todos los altavoces han de ser iguales y encontrarse instalados en idénticas condiciones acústicas con la polaridad o fase adecuada, sobre todo en las instalaciones donde se asocian varios altavoces para conseguir la adaptación de la impedancia del conjunto a la salida del amplificador.

2.1.1 Impedancia de carga de un amplificador. Según su diseño, cada amplificador requiere que, a su salida, se conecte una carga con un valor de impedancia concreto. Así por ejemplo, los amplificadores de las cadenas musicales suelen trabajar con cargas (altavoces) de 8Ω, mientras que los de auto-radio obtienen el máximo rendimiento en cargas de 4 ó 2Ω. El valor de la impedancia total de los altavoces conectados a un amplificador (RT) debe corresponder al valor de impedancia de salida del amplificador RA.


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Cuando a un amplificador diseñado para trabajar con una carga (RT) determinada, le conectamos otra de valor superior lo único que ocurrirá es que obtendremos menos potencia; ahora bien, si la carga es de valor inferior al requerido, haremos trabajar forzadamente al amplificador, perderemos rendimiento y obtendremos mayor distorsión, llegando incluso a la avería si no se trata de un modelo con total protección a las sobrecargas.

2.1.2 Adaptación de un grupo de altavoces. Cuando se precisa conectar varios altavoces a un amplificador, hay que efectuar los cálculos necesarios para asegurar que la impedancia conjunta de todo el grupo, está bien adaptada a la impedancia de carga requerida. Para ello podemos utilizar tres tipos de conexión diferentes de los altavoces: CONEXION SERIE: Si conectamos en serie (Figura 2), respetando la polaridad, varios altavoces, la impedancia resultante será la suma de las impedancias de todos ellos. Si los altavoces son iguales, se repartirán la potencia del amplificador por igual, sino disipará más potencia el altavoz que tenga mayor impedancia. Altavoces de la misma impedancia y RA= RT: Observando el circuito de la Figura 2, tenemos un amplificador de P= 2 W y RA = 8 Ω, que se ha conectado a 2 altavoces de 4 Ω en serie, para obtener los 8 Ω. Como las impedancias son iguales y la corriente que los recorre es la misma, obtendrá cada uno la misma potencia (1 W).

Figura 2. Conexión serie de altavoces de igual impedancia.

La tensión de salida del amplificador será:

Vo = P × R A = 2 × 8 = 4V La impedancia total de los altavoces será: RT = R1+ R2 = 4 + 4= 8 Ω La intensidad que recorre cada altavoz será, y la tensión en cada uno de ellos:

I=

VO 4 = = 0,5 A RT 8

V1= R1 x I= 0,5 x 4= 2V V2= R2 x I = 0,5 x 4= 2V La potencia que disipará cada altavoz: P1= V1 x I1 = 1 w P2=V2 x I2 = 1 w


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Comprobamos que sumando las potencias disipadas en los altavoces, nos da igual a la potencia generada por el amplificador: PT = P1 + P2 = 1 + 1 = 2 w En este caso que RA = RT la adaptación de impedancias es perfecta y toda la potencia que el amplificador puede generar se reparte entre los altavoces PT = P1 + P2. Altavoces de distinta impedancia y RA< RT: En el ejemplo de la Figura 3 se usa un amplificador de P=18 W y RA = 8 Ω, conectado a altavoces de distinta impedancia.

Figura 3. Conexión serie de altavoces de distinta impedancia.


Vo = P × R A = 18 × 8 = 12V La impedancia total de los altavoces será: RT = R1+ R2 = 4 + 8= 12 Ω La intensidad que recorre cada altavoz será, y la tensión en cada uno de ellos:

I=

VO 12 = = 1A RT 12

V1= R1 x I= 4 x 1= 4V V2= R2 x I = 8 x 1= 8V La potencia que disipará cada altavoz; P1= V1 x I1 = 4 x 1= 4 w P2=V2 x I2 = 8 x 1 = 8 w Observamos que la potencia disipada por cada altavoz es directamente proporcional a su impedancia y que sumando las potencias disipadas en los altavoces, en este caso nos da menos potencia que la generada por el amplificador: PT = P1 + P2 = 4 + 8 = 12 w En este ejemplo volvemos a ver como al conectar a un amplificador una impedancia de carga (12Ω) mayor que la recomendada (8 Ω), no ocurre nada, salvo la reducción de la potencia proporcionada. El principal inconveniente de la conexión serie consiste en que la avería de uno de los altavoces afecta a todos.


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Para la conexión de altavoces en serie es imprescindible que estos sean idénticos en marca y modelo y además estén colocados en la misma cámara acústica (techo, bafle, etc.) pues de lo contrario, al no coincidir sus curvas de impedancia según la frecuencia obtendremos una respuesta en frecuencia muy irregular. Además si los altavoces están colocados en la misma zona también deberían ser de la misma impedancia si queremos que todos estén dando la misma potencia.

CONEXION PARALELO: Siempre que podamos disponer de altavoces con impedancias altas, la conexión en paralelo es mucho más simple de calcular y realizar que la serie, y no tiene limitaciones si deseamos mezclar altavoces de diferentes modelos o tamaños. La fórmula a aplicar para el cálculo de la impedancia resultante es muy simple, si todos los altavoces son del mismo valor: R T =R 1 / nº de altavoces y un poco más compleja si son de impedancias diferentes: 1 / R T = 1 / R 1 + 1 / R 2 +.... Altavoces de la misma impedancia y RA= RT: En la Figura 4 vemos la conexión de 4 altavoces iguales a un amplificador de 8 W / 4 Ω. Al recibir todos la misma tensión y tener idéntica impedancia, reciben la misma potencia. P 1 = P 2 = P 3 = P 4 . Lo primero que hemos hecho es calcular la impedancia equivalente de los tres, que ha resultado ser la apropiada al amplificador (4 Ω); de lo contrario, tendríamos que haber elegido otros altavoces de diferente impedancia hasta conseguir la adaptación correcta (4 Ω) o algo mayor (R T >4Ω).

Figura 4. Conexión de altavoces en paralelo de igual impedancia.


Vo = P × R A = 8 × 4 = 5,6V Como todos los altavoces tienen la misma impedancia, la impedancia total será:

RT =

R1 16 = = 4Ω n 4

Como todos los altavoces están en paralelo todos tendrán la misma tensión Vo=5,6 V. La potencia que disipará cada altavoz, siendo todos iguales y teniendo la misma tensión:

P1 = P2 = P3 = P4 =

Vo2 5,6 2 = = 2w R1 16

Comprobamos que sumando las potencias disipadas en los altavoces, nos da igual a la potencia generada por el amplificador: PT = P1 + P2 + P3 + P4 = 8 w


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Altavoces de distinta impedancia y RA= RT: En la Figura 5 vemos 3 altavoces distintos conectados a un amplificador de 8 W / 4 Ω. Al recibir todos la misma tensión y tener distinta impedancia, no recibirán todos la misma potencia.

Figura 5. Conexión en paralelo de altavoces de distinta impedancia.


Vo = P × R A = 8 × 4 = 5,6V Como los altavoces tienen distinta impedancia, la impedancia total será:

RT =

1 = 4Ω 1 1 1 + + R1 R2 R3

Como todos los altavoces están en paralelo todos tendrán la misma tensión Vo=5,6 V. La potencia que disipará cada altavoz, siendo distintos y teniendo la misma tensión:

Vo2 5,6 2 P1 = = = 2w R1 16 Vo2 5,6 2 P2 = = = 2w R2 16 Vo2 5,6 2 P2 = = = 4w R2 8 Como RA= RT, comprobamos que sumando las potencias disipadas en los altavoces, nos da igual a la potencia generada por el amplificador: PT = P1 + P2 + P3 = 8 w Luego hemos deducido la potencia que recibirá cada uno que, al contrario que en la conexión serie, será inversamente proporcional a su impedancia (2 W en 16 Ω y 4 W en 8 Ω). Nota: También aquí, es fundamental respetar la polaridad de los altavoces pues, de lo contrario, obtendremos un sonido "hueco" y sin notas graves.

CONEXION SERIE-PARALELO: Cuando se precisa un número mayor de puntos de sonido, se utiliza la combinación de estos dos tipos de conexión, llamada serie-paralelo. Existen infinidad de combinaciones posibles, dependiendo del número de altavoces a combinar, de su impedancia y del reparto de potencia que deseemos efectuar, por lo que nos limitaremos a poner un ejemplo en la Figura 6. En este ejemplo se supone que existen


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cuatro zonas diferentes a sonorizar (A, B, C y D), y en cada una de estas zonas todos los altavoces serán iguales.

Figura 6. Conexión de altavoces en serie paralelo.


Vo = P × R A = 64 × 4 = 16V La impedancia de cada una de las ramas de altavoces será: RA = R1 + R2 + R3 + R4 = 32Ω RB = R5 + R6 + R7 + R8 = 16 Ω RC = R9 + R10 = 16 Ω RD = 16 Ω La impedancia total:

RT =

1 = 4,57Ω 1 1 1 1 + + + R A R B RC R D

Como es un poco mayor que la impedancia de salida del amplificador podemos dar el resultado como correcto (RT≥4Ω) Las intensidades por cada rama serán:

VO 16 = = 0,5 A R A 32 V 16 = 1A IB = O = RB 16

VO 16 = = 1A RC 16 V 16 = 1A ID = O = RD 16

IA =

IC =

La potencia que disipará cada altavoz: 2

P1 = P2 = P3 = P4 = R1 × I A = 8 × 0,5 2 = 2W


_ 2


P5 = P6 = P7 = P8 = R5 × I B = 4 × 1 = 4W 2

2

P9 = P10 = R9 × I C = 8 × 12 = 8W 2

P11 = R11 × I D = 16 × 12 = 16W Como RA= RT, comprobamos que sumando las potencias disipadas en los altavoces, nos da igual a la potencia generada por el amplificador: PT = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 + P7 + P8 + P9 + P10 + P11 = 56 w La instalación de sonido de la Figura 6 es una instalación de megafonía apta solo para avisos, ya que no está prevista la regulación de volumen ni el apagado de las diferentes zonas.

2.1.3 Inconvenientes. Este sistema de distribución presenta algunos inconvenientes, entre los que destacamos los siguientes: •

La máxima transferencia de potencia sólo se realiza con la correcta adaptación entre la impedancia de salida del amplificador centralizado de Potencia y la impedancia de los altavoces o difusores acústicos. Cualquier desequilibrio en este sentido se traduce en una sobrecarga del amplificador de potencia, o, en el mejor de los casos, en una pérdida de la potencia máxima aprovechable, es decir, una disminución de rendimiento. Esta necesidad de una perfecta igualación entre impedancias obliga a un detallado estudio de la combinación serie-paralelo de difusores acústicos más adecuada para cada instalación en concreto. La complejidad de este cálculo crece exponencialmente en función del número de puntos sonoros necesarios.

•

Dado que la mayoría de los amplificadores de potencia utilizan impedancias de salida bajas (del orden de 4, 8 o 16 Ω), la distribución de potencias elevadas por este sistema obliga a la utilización de conductores de gran sección, lo que dificulta enormemente la instalación, sobre todo para grandes potencias.

•

La distribución de señales de elevada potencia por líneas de baja impedancia conlleva pérdidas de transmisión bastantes importantes, producidas por la resistencia que presentan los conductores. Esto obliga generalmente a sobredimensionar la potencia del amplificador. Dichas líneas no son en absoluto adecuadas para instalaciones con líneas superiores a 50 m, si no queremos que una parte considerable de la potencia entregada por el amplificador se disipe en la instalación del cable, con la consiguiente variación del nivel acústico de los diferentes altavoces según su distancia al amplificador. Se considera que cuando la resistencia de la línea es igual o superior al 5 por 100 de la impedancia de carga, las pérdidas que se producen en ella son apreciables, produciéndose una desadaptación de impedancias. Esto se debe a que la resistencia total que ve el amplificador será: Rt= Rlínea + Rcarga. Siendo Rlínea = ρ l/S, que como vemos depende de la resistividad del conductor “ρ”, de la longitud de este “l”, y de la sección “S” y Rcarga es la impedancia total del conjunto de altavoces.

•

La regulación del nivel sonoro en cada punto de manera individual, sin que afecte al resto de la instalación, es difícil y problemática, ya que produciría desequilibrios en la impedancia total del conjunto de difusores acústicos que afectan negativamente al rendimiento global de la instalación.

•

Asimismo, es difícil conseguir que desde cualquiera de los puntos de sonido se pueda realiza un telecontrol del amplificador de potencia o el equipo musical, aunque sea a nivel de conexióndesconexión. En caso de realizarlo, es imposible que el encendido desde un punto sonoro no afecte a todos los demás, en el sentido de que si desde un punto conectamos el amplificador central de potencia, al ser éste único y común para toda la instalación, lo conectaremos para toda ella, aunque el resto de los puntos sonoros no lo necesiten. Este sistema sólo se puede aplicar para sonorización de aquellas instalaciones en las que toda la instalación deba funcionar simultáneamente. Existe otra solución que encarece la instalación de sonorización, que consiste en utilizar un amplificador


_


centralizado por cada una de las zonas que se desee sonorizar, con lo que cada zona tiene su propia puesta en marcha y control de volumen independiente. A su vez, todas las etapas de potencia se ven gobernadas por un preamplificador que tiene el mando general sobre todos los controles de tonos de graves, agudos y volumen (Figura 7). •

Una instalación con distribución del sonido a impedancia constante se calcula e implementa en función del número de puntos a sonorizar, de la impedancia de los difusores acústicos a alimentar y de la potencia necesaria para sonorizar una superficie determinada. Por ello, la versatilidad y la capacidad de ampliación de una instalación de este tipo es casi nula, ya que la inclusión de nuevos puntos sonoros provoca un desequilibrio en la instalación existente, al afectar a la impedancia resultante y necesitar más potencia total. Ello obliga al replanteamiento, cálculo y modificación de la instalación ya existente.

Figura 7. Sistema de amplificación centralizado con distribución a impedancia constante para sonorizar varias zonas con control individual por zonas.

Podemos observar que los problemas que presentan la conexión directa de altavoces a un amplificador son varios: Cálculo muy cuidadoso, los altavoces conectados en serie deben ser idénticos, pérdidas de potencia en los conductores, etc. Por lo que la conexión directa queda reservada a pequeñas instalaciones hasta 10 /12 altavoces, destinados a difundir mensajes principalmente.

Ejercicio Propuesto: Diseñar una instalación de sonido a impedancia constante para sonorizar una sala con un mínimo de 5 puntos de sonido. Utilizadremos un amplificador de 30 W/8 ohmios. Podemos utilizar altavoces de 4, 8, 16 y 32 ohmios. Tendremos en cuenta que en nuestro diseño todos los altavoces deben estar disipando la misma potencia.

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2.2. INSTALACIONES CON LINEAS DE TENSION CONSTANTE (70/100V) Para simplificar los cálculos (hasta cierto punto) y limitar las pérdidas de potencia en largos cableados, se desarrolló, hace décadas, el sistema llamado “Línea de tensión constante” , que básicamente consiste en utilizar un transformador de audio para elevar la tensión de salida del amplificador a un nivel alto (70 ó 100 V), reduciendo así la corriente a transportar por los cables, y volver a reducir esta tensión, mediante otro transformador, al llegar al altavoz, hasta el valor apropiado a la impedancia y potencia de éste (Figura 8). Es conveniente la utilización de este tipo de conexión cuando la línea de altavoces exceda de 20 metros de longitud.

Figura 8. Línea de tensión constante.

2.2.1 Teoría básica de funcionamiento. Como podemos apreciar en la Figura 8, el Amplificador de Sonorización ha sido dotado de un transformador en su salida, que eleva la tensión de la señal de audio, desde los 20 / 30 V que es capaz de proporcionar hasta 70 ó 100 V que inyectaremos en la línea de distribución. La línea general de distribución, transporta la potencia de audio por toda la instalación usando intensidades moderadas, gracias a la elevada tensión en juego. Esto permite mantener las secciones de 2

los cables en valores discretos (0.75 a 2.5 mm ), que era uno de los objetivos del sistema. En cada zona de la instalación donde no se precise regulación local de volumen ni posibilidad de desconexión de los altavoces será suficiente con colocar uno o varios transformadores de audio para reducir la tensión de 100 V de la línea al nivel apropiado para alimentar a cada altavoz o grupo de altavoces según sea su impedancia y la potencia que deseemos aplicarles. Supongamos que tenemos un amplificador de 18W con salida 100V, según la ley de Ohm RA=V2/P =1002/18 = 555 Ω, es decir, la carga de este amplificador en su salida es de alta impedancia, con lo que será mucho mayor que la resistencia que presente el conductor, por ello las pérdidas por caída de tensión y por desadaptación de impedancias son casi nulas.

2.2.2 Transformadores adaptadores de impedancias. En la Figura 9 se muestra uno de estos transformadores de línea, con el primario provisto de varias tomas para permitir la selección de la potencia que suministrará al altavoz o grupo de altavoces a los que alimente. El secundario, por otra parte, también está dotado de diferentes bornes de conexión marcados con los valores de impedancia más usuales en los altavoces. La potencia absorbida de la línea y transferida al altavoz es función de la ley de Ohm: P=V2/Rp, donde V es la tensión de la línea, y Rp es la impedancia reflejada en el primario del transformador. Es muy importante calcular correctamente la impedancia resultante si se utilizan conexiones serie-paralelo para formar grupos de altavoces a conectar en el mismo transformador.

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Puntos muy importantes a considerar en los transformadores de audio para línea de 100V son las pérdidas de potencia y distorsión del sonido que ocasionan.

Figura 9. Transformador adaptador de impedancias

2.2.3 Atenuadores. En aquellas zonas donde se precise una regulación local de volumen, utilizaremos un atenuador que, conectado entre la línea de 100 V y el transformador permitirá reducir la potencia del área en cuestión en varios pasos, llegando incluso a cero. Se construyen de dos formas diferentes, según la potencia que hayan de manejar: •

Atenuadores resistivos: Se utilizan para manejar potencias pequeñas y funcionan conmutando una serie de resistencias (potenciómetro) que permitan atenuar la tensión a su salida. Están limitados a potencias del orden de 5 o 6 W por la disipación de calor que ocasionan (Figura 10a).

•

Atenuadores inductivos: Trabajan con potencias más elevadas y basan su funcionamiento en un autotransformador con varias tomas a diversas tensiones y un conmutador para elegir una de ellas. Disipan menos calor que los anteriores, aunque comparten el problema principal, la escasez de puntos de regulación a elegir para el control del nivel del sonido (Figura 10b).

a)

b) Figura 10. Atenuadores pasivos utilizados en líneas de 100 V.

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Los atenuadores para línea de100 V han de incorporar una resistencia de potencia que evita que al utilizar pequeños niveles de potencia, o desconectar la zona, quede la línea sin carga con la consiguiente desadaptación de impedancias en el amplificador. Cuando, además de la música ambiental, se precisa difundir avisos por megafonía, es necesario dotar a los atenuadores de un sistema de prioridad que anule la atenuación y permita el paso del aviso a plena potencia.

2.2.4 Diseño de una instalación con línea de tensión constante. Cuando diseñemos una instalación de sonido de tensión constante, dependiendo del nivel de ruido y la superficie del local, partiremos del número de puntos de sonido que queremos (altavoces) y la potencia del amplificador a utilizar. 1.- Potencia que se va a disipar en cada altavoz (PALTAVOZ):

PALTAVOZ =

PAMPLIFICADOR N º ALTAVOCES

2.- Elección de altavoces y transformadores adaptadores de impedancias: Usando altavoces con transformadores adaptadores de impedancias con tomas en sus primarios de 1, 2, 4, 6, 8, 10, 16, 20 watios, determinaremos la potencia que queremos en cada punto de sonido teniendo en cuenta que la suma total de potencias consumidas por los altavoces debe coincidir con la potencia RMS del amplificador elegido. La suma de todas las potencias entregadas por los altavoces debe ser igual a la potencia del amplificador. 3.- Cálculo de la resistencia de carga final: Cuando no coincida la potencia consumida por los altavoces con la potencia entregada por el amplificador, se completa la instalación conectando en paralelo con la línea de 100 V una resistencia de carga que disipe la potencia sobrante.

R=

Vo2 P

EJEMPLO 1: Supongamos que queremos sonorizar un local con los siguientes datos: - 9 puntos de sonido. - Amplificador de 18 w / línea 100 v - Altavoces con Transformadores de tomas 1-2-4-8 W (iguales al de la Figura 9). Realizar el diseño y el esquema de conexión de la instalación de sonorización. 1.- Potencia que se va a disipar en cada altavoz PA:

PALTAVOZ =

PAMPLIFICADOR 18 = = 2w N º ALTAVOCES 9

2.- Elección de altavoces y transformadores adaptadores de impedancias: Escogemos 9 altavoces conectados a transformadores adaptadores de impedancias con tomas en su primario de 2 w (Figura 11). 3.- Cálculo de la resistencia de carga final: Dado que consumimos toda la potencia del amplificador en los 9 altavoces no es necesario utilizar resistencia de carga final.

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Figura 11. Instalación de sonorización a tensión constante con 9 puntos de sonido. Este amplificador es de 18W/línea 100 V, por lo que tiene una impedancia de salida de: 2

V 100 2 RA = O = = 555Ω P 18 La resistencia de carga reflejada en el primario para un transformador que entregue 2 W en su secundario sobre una línea de 100 V es de: 2

V 100 2 Rp = O = = 5000Ω 2 P La impedancia total resultante después de conectar los 9 altavoces de 2 W al amplificador en su toma de 100 V mediante el transformador adaptador es de:

RT =

RP N º ALTAVOCES

=

5000 = 555Ω 9

Sabemos, pues, que la impedancia de carga del amplificador de 18 W en la toma de 100 V para los nueve altavoces de 8Ω/2 W es de 555 Ω (RT = RA); por tanto, la adaptación de impedancias es correcta.

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EJEMPLO 2:: Supongamos que queremos sonorizar un restaurante. Considerando los niveles de ruido existentes y la superficie del local usaremos: - 10 puntos de sonido. - Amplificador de 30 w / línea 100 v - Altavoces con Transformadores de tomas 1-2-4-8 W (iguales al de la Figura 9). Realizar el diseño y el esquema de conexión de la instalación de sonorización. 1.- Potencia que se va a disipar en cada altavoz PA:

PALTAVOZ =

PAMPLIFICADOR 30 = = 3w N º ALTAVOCES 10

2.- Elección de altavoces y transformadores adaptadores de impedancias: Si la anterior potencia de 3 w no coincide con alguna toma de los transformadores que tenemos, consideraremos varias opciones: a) Escogemos 10 altavoces conectando sus tomas de 2 w a la línea de 100 V (10 altavoces x 2w = 20 w), los diez watios restantes los consumimos en una resistencia de carga final. b) Escogemos 5 altavoces conectando sus tomas de 4 w y otros 5 altavoces a sus tomas de 2 w.( 5 altavoces x 4 w + 5 altavoces x 2 w = 30 w) c) Elevamos el número de altavoces a 15 conectando sus tomas de 2 w a la línea de 100 v ( 15 altavoces x 2 watios =30 w). Para este ejemplo escogemos la primera opción (Figura 12). 3.- Cálculo de la resistencia de carga final: Los diez watios restantes los consumimos en una resistencia de carga final de valor.

Vo2 100 2 R= = = 1000Ω 10 P Colocaremos al final de la línea una resistencia de 1 KΩ y 10 w.

Figura 12. Instalación de sonorización a tensión constante con 10 puntos de sonido.

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2.2.5. Ventajas y desventajas de las instalaciones de megafonía en 100 v. VENTAJAS: •

Menos cálculos que en las conexiones serie - paralelo (conexión directa amplificador-altavoz).

•

Reducción de la sección de los hilos en largas distancias, debido a la mayor tensión y por tanto, menor corriente que transporta.

•

La avería por corte de un altavoz o transformador, siempre que no ocasione un cortocircuito, no afecta al resto de los altavoces instalados.

•

La flexibilidad en la elección del tipo de altavoz y de su potencia.

DESVENTAJAS: •

Mayor precio, por la necesidad de instalar un transformador de audio en el amplificador y en cada altavoz.

•

Mayores exigencias de aislamiento eléctrico. Como la tensión de 100V no se puede considerar “Muy Baja Tensión", por superar el límite de 50 Vca., ha de utilizarse en cableados y conducciones los materiales requeridos por el Reglamento Electrotécnico de Baja tensión. La calidad del sonido, especialmente en las notas graves y agudas, se deteriora al pasar por los transformadores que, al estar muy condicionados por el precio, se construyen normalmente muy pequeños y saturados.

•

•

La regulación del nivel de cada altavoz ha de hacerse mediante atenuadores por saltos. Aunque es posible la utilización de potenciómetros muy voluminosos para efectuar una regulación mas fina, en la práctica no se usan por el elevado número de averías que ocasionan (Figura 13).

Figura 13. Regulación de nivel en líneas de 100 V.

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En la siguiente Figura 14 se observa una instalación de megafonía multizona, en la que se emplea como elemento fundamental un amplificador selector de 5 zonas de sonido, con salida de línea 100V. El control de volumen podría realizarse por cada altavoz utilizando atenuadores adecuados, o también puede realizarse con atenuadores para cada zona..

Figura 14. Instalación multizona con líneas de tensión constante.

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3. SONORIZACIÓN CON AMPLIFICACIÓN Y CONTROL DISTRIBUIDO. Para solucionar los problemas que presentaban las instalaciones de sonorización centralizada se desarrolló un sistema de instalación modular de amplificación y control distribuido, partiendo de la base de que para no desperdiciar grandes cantidades de potencia transportándola a lo largo de toda la instalación, es mejor generar esta potencia de audio en el lugar en donde se requiere, situando la amplificación precisa en cada altavoz o grupo de altavoces. De esta forma se descentraliza la unidad de potencia. El sistema de amplificación y control distribuido se basa en el principio de sonorizar instalando cada punto de sonido con su propio amplificador de pequeña potencia (Figura 15).

Figura 15. Sistema de amplificación y control distribuido

Por ejemplo, en lugar de utilizar un amplificador único de 300 W para sonorizar una instalación de 60 difusores acústicos, es preferible utilizar 60 difusores, cada uno de ellos con su propio amplificador de 5 W. La potencia disponible por punto de sonido es la misma y, por tanto, el nivel sonoro es igual, pero con algunas ventajas adicionales que pasamos a enumerar: •

• • • • •

• • •

Pueden conectarse independientemente uno o varios puntos de sonido sin que ello afecte al resto de la instalación, que puede permanecer desconectada. Ello permite hacer funcionar sólo aquellas partes de la instalación que se desee, permitiendo cualquier combinación entre ellas sin necesidad de tener funcionando todo el tiempo un voluminoso amplificador de potencia, con el consiguiente ahorro de energía. Presentan bajas pérdidas de potencia en las líneas de distribución. Los cálculos de la instalación son prácticamente inexistentes. Tienen baja distorsión dentro del espectro de audio. La disipación de calor es escasa, ya que la potencia se genera en el lugar en el que es requerida. La regulación y el control del nivel en cada punto sonoro es sencilla, eficiente, y puede realizarse con potenciómetros normales de carbón o mediante controles electrónicos. Esto se traduce en una mayor duración y ausencia de ruidos durante el accionamiento. Esta regulación de nivel es completamente independiente para cada punto y se realiza sobre las pequeñas señales de audio localmente antes de su amplificación en potencia. En cada punto sonoro puede seleccionarse un canal de música diferente para la audición, con independencia del resto de la instalación. La instalación se puede ampliar indefinidamente, ya que al incorporar cada punto de sonido su propio amplificador no se sobrecarga la instalación existente. En caso de avería de un punto de sonido, no afecta al resto de la instalación, lo que permite su localización y reparación fácilmente.

La instalación de sonido se concibe como un sistema integrado de sonorización, permitiendo que, a través de la misma red de sonorización, se puedan realizar las siguientes funciones:

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• • • •

•


Transmisión de uno o varios canales de música ambiental, en monofonía o estereofonía. Emitir avisos, llamadas, señales de alarma. Conexión de auriculares para una escucha individual. Conexión de un micrófono u otra fuente auxiliar (walkman) de sonido en una estancia que permita usar la instalación de sonido como un sistema de sonorización independiente de la distribuida por los diferentes canales, aprovechando la calidad sonora del sistema sin interferir en el resto de la instalación. Intercomunicación entre varias zonas (interfonia).

Técnicamente, esta nueva concepción en instalaciones de sonido ofrece unas innovaciones claras sobre los sistemas convencionales de sonorización, sobre todo en cuanto a flexibilidad de la instalación, facilidad de instalación, mejora de funcionamiento, calidad y un aumento de las posibilidades disponibles. Esto se debe a que trata la red de sonorización como un sistema integrado, en el que todos los elementos son electrónicamente activos y, por tanto, con un aumento y mejora de su capacidad funcional, además de incluir en la instalación otras funciones como megafonía, emisión de mensajes generales y direccionables, intercomunicación, alarma, etc., funciones que hasta ahora no estaban integradas en una red de sonido.

3.1. CONSTITUCIÓN DEL SISTEMA DE AMPLIFICACIÓN Y CONTROL DISTRIBUIDO. Toda cadena básica de sonorización ambiental con amplificación y control distribuido está compuesta por diferentes módulos que podemos observar en la Figura 15 y que pasamos a describir.

3.1.1 La central de sonido. Es el eslabón esencial entre las fuentes de sonido y la instalación de música ambiental. Se encarga también de adaptar una señal o todas las señales sonoras procedentes de una o varias fuentes de sonido (compact disc, sintonizador, hilo musical, cadena de Hl-FI, micrófono...) para ser distribuidas por el resto de la línea general de la instalación. La central de sonido no es un amplificador de potencia, ya que estudiamos con anterioridad que ésta se genera allí donde es necesaria. Normalmente, la señal sonora se distribuye por dos hilos (canal derecho e izquierdo respectivamente) y masa, aunque en instalaciones monofónicas se suele utilizar sólo un canal. La distribución de la señal sonora presenta unas características que la hacen muy diferente e innovadora, como son: •

Muy baja impedancia, lo cual proporciona las siguientes características derivadas: Alta inmunidad al ruido externo, posibilidad casi ilimitada de ampliación de la instalación, muy bajo nivel de pérdidas de transmisión de la señal, respuesta en frecuencias muy amplia, se instala la potencia necesaria en cada zona.

•

Nivel de salida estandarizado de algunos voltios (3 V eficaces), lo cual nos proporciona una alta inmunidad al ruido y la posibilidad de conectar cualquier tipo de módulo que respete dicho estándar sin ningún tipo de adaptación.

•

Telecontrol: Igualmente, desde la central se realiza el telecontrol de la fuente de sonido exterior de música, de tal manera que dicho equipo se conectará automáticamente cuando desde alguna estancia se accione el mando regulador de sonido (volumen).

•

Radios internas: Algunas centrales suelen traer incorporadas una o varios radios de FM.

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3.1.2 Línea general. La línea general es el conjunto de conductores que, saliendo de la central, pasan por todas las estancias que se quieren sonorizar. Las funciones de los conductores son: • • •

Alimentación de corriente continua: Las centrales de sonido también desempeñan la función de alimentar el resto de los componentes de la instalación. Es conveniente que los hilos de alimentación tengan una sección mayor de 1 mm2 para minimizar las pérdidas con la distancia. Por cada canal de sonido traerán dos conductores: canal derecho y canal izquierdo (la masa o negativo serán el de alimentación de C.C.). Hilos de intercomunicación.

3.1.3 Mandos. Los mandos realizan numerosas funciones: • • • • • • • • •

Selección de uno de varios canales de sonido. Regulación tonal, con controles de graves y agudos. Salida de auriculares. Versiones monofónicas y estereofónicas. Conexión automática para recibir una señal de aviso, alarma o mensaje con carácter prioritario sobre la música que se esté emitiendo y a un volumen superior, incluso si la instalación se encuentra en estado de desconexión en ese momento. Intercomunicación. Reloj despertador. Función niñera. Etc. Los mandos pueden presentarse por el fabricante en distintos formatos:

• •

• •

Sistema de placa compacta. En ella se integran en un único módulo el mando regulador de sonido, el amplificador de pequeña potencia además de incorporar en la misma placa un altavoz. Mando amplificado más altavoz. En esta modalidad de mando hay que instalar, por un lado, el mando amplificado y, por otro, el altavoz o altavoces (normalmente empotrados en el techo). Mando regulador más plafonera. En esta modalidad tendremos que instalar el mando regulador y las plafoneras (conjunto que alberga el amplificador y el altavoz), que normalmente se encuentran empotradas en las paredes o en el techo. Mando regulador; más etapa de potencia, más difusores acústicos. En la sonorización de grandes superficies (salones de actos, aulas universitarias, polideportivos, zonas al aire libre) puede no resultar física o económicamente posible la instalación de plafoneras, por lo que es preferible en estos casos el uso de una etapa de potencia conectada con una serie de difusores sonoros (altavoces, columnas acústicas o bocinas exponenciales). Las ventajas que presentan estos mandos son:

• • •

•

La adaptación amplificador-altavoz es perfecta y directa, utilizando pocos metros de cable entre ambos elementos. Se instala la potencia necesaria en cada zona. La calidad del sonido depende sólo del altavoz que coloquemos y de su ubicación. El control y la regulación que realizan los mandos se efectúa antes de su amplificación en potencia. Por tanto, todos los elementos que componen los mandos (volumen, tonos, selectores de canales, conmutadores de avisos, etc.) trabajan con pequeña señal, con procedimientos electrónicos, lo que permite no disipar potencia alguna.

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3.1.4 Los difusores acústicos. Son los transductores encargados de emitir la música ambiental seleccionada (altavoces, columnas acústicas o bocinas exponenciales). Como hemos tenido oportunidad de estudiar, nos podernos encontrar difusores amplificados (plafoneras, que incorporan cada una su propio amplificador de pequeña potencia) o altavoces pasivos, simples altavoces de 4, 8 o 16 Ω, que se utilizan según las necesidades de la instalación. Pero siempre se debe tener claro el criterio de que la mayor transferencia de potencia se consigue cuando existe una adaptación de impedancias entre el elemento generador y el receptor. Éstos se pueden instalar o bien empotrados en el techo, o bien en la pared, cuando se trate de altavoces.

3.1.5 Dispositivos de control a distancia. También existen en el mercado equipos con mandos de control digital microprocesado que permiten tener el control sobre diferentes funciones del sistema a distancia tanto del encendido y apagado como sobre las de control de audio (volumen, graves, agudos, balance) y algunas otras más, como mono/estéreo, sonido espacial, seudoestéreo, active loudness, etc. Los mandos están dotados de receptores de rayos infrarrojos que permiten el accionamiento más cómodo a distancia mediante el mando emisor (mando a distancia).

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Tema nº 7: Diseño de Instalaciones electroacústicas

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Diseño de instalaciones electroacústicas 1. PROPAGACIÓN DEL SONIDO. El sonido que emana una fuente sonora puntual (un helicóptero parado en el cielo o un altavoz) se aleja de ella en forma de ondas esféricas cuyo centro será el de la propia fuente que lo origina (Fig. 1a). Un altavoz es una fuente de sonido puntual y la intensidad sonora que emana decrece –6 dB cada vez que duplicamos la distancia. Sin embargo una autopista recorrida por vehículos (o una columna acústica) es una fuente de sonido lineal, y sus ondas sonoras se propagan en forma cilíndrica (Figura 1b). Una columna acústica es una fuente de sonido lineal y la intensidad sonora que emana decrece –3 dB cada vez que duplicamos la distancia.

Figura 1. Atenuación del sonido con la distancia

2. FENOMENOS ASOCIADOS A LA PROPAGACION DEL SONIDO. 2.1. Difracción. Cuando un haz de ondas sonoras que se propaga por el espacio encuentra a su paso un obstáculo agujereado (rendija en un muro) o un cuerpo aislado cuyas dimensiones son menores que la longitud de la onda incidente, rodearán el objeto, expandiéndose a su alrededor y originando el fenómeno conocido como difracción o dispersión. Si la longitud de onda λ es del mismo orden que el tamaño del obstáculo la difracción es parcial. Cuando el obstáculo es mayor que la longitud de onda, se convierte en

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un impedimento insalvable, produciendo detrás de él una zona carente de sonido denominada zona de sombra (Figura 2). Las bajas frecuencias poseen una mayor facilidad para rodear un objeto que las frecuencias altas, debido a que estas últimas tienen una longitud de onda más corta y reducida frente a las dimensiones del obstáculo, por lo que producen una zona de sombra sonora bastante mayor.

Figura 2. Difracción del sonido.

2.2. El eco y la reverberación. En todo sistema de sonorización acústico las reflexiones del sonido traen aparejados dos nuevos conceptos: el eco y la reverberación; ambos fenómenos que van unidos a la reflexión son básicamente el mismo. El eco sólo se percibe cuando el obstáculo en que se reflejan las ondas sonoras está a 17 o mas metros del punto emisor (Figura 3). Esto se debe a que el oído humano sólo puede percibir dos sonidos como distintos cuando están separados por un tiempo superior a 0,1 s. Por ello, entre el momento de emitir el sonido y el instante en que percibimos su reflejo o eco debe transcurrir, al menos, un tiempo de 0,1 s. En ese caso podemos considerar que los intervalos de separación entre la onda directa y la reflejada son suficientemente amplios para que el oído pueda percibir separadamente cada repetición sucesiva. Igualmente, poco tiempo después de recibir la onda directa llegan las reflexiones desde diversas superficies del recinto, con niveles de intensidad sonora decrecientes y a intervalos de tiempo mucho menores (del orden de milésimas de segundo). La onda directa se superpone parcialmente a la reflejada, lo que da lugar a una pérdida considerable de nitidez, denominada retumbo o reverberación. Luego podemos indicar que el fenómeno de la reverberación se percibe cuando el obstáculo en que se reflejan las ondas sonoras está a menos de 17 m de la fuente emisora. Dicho efecto puede ser beneficioso o perjudicial para la audición, según su intensidad y la naturaleza del sonido. Debe evitarse en las salas destinadas a reuniones o espectáculos, tales teatros, pabellones deportivos, aulas, iglesias... Puesto que una reverberación excesiva haría incomprensibles los diálogos que en ellas se desarrollan. Sin embargo este efecto es explotado en otro tipo de recintos, como son los destinados a la reproducción musical. Por ejemplo, en un auditorio de música orquestal un determinado nivel de reverberación es agradable al oído por la sensación de grandiosidad que le transmite a la música.

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Figura 3. Reflexiones de la onda sonora que producen eco.

Para evitar dicho efecto, se colocaran en las paredes de los recintos acústicos diversos materiales absorbentes del sonido, aunque no en todas las superficies, ya que la reverberación desaparecería totalmente y el local resultaría sordo o muerto. Igualmente, para evitar el eco, causa de muchos problemas en sonorizaciones en recintos abiertos, es importante orientar bien los altavoces para evitar las superficies reflectantes (fachadas de edificios) que se encuentren a más de 17 m. La totalidad de la energía producida por las reflexiones tempranas que llegan dentro de los 0,05 s después de llegar el sonido directo, contribuye a mejorar la inteligibilidad de la palabra. Las reflexiones tardías que llegan después de 0,1 s reducen la inteligibilidad.

2.3. Absorción-Reflexión sonora. Cualquier elemento que se encuentre en el camino de una onda sonora producirá siempre dos efectos opuestos; absorberá parte de la energía de la onda sonora y reflejará el resto (Fig. 4).

Figura 4. Materiales reflectantes y absorbentes

La absorción sonora se produce cuando una onda directa provocada por una fuente sonora choca con una superficie u obstáculo y esta refleja una nueva onda, pero de menor amplitud que la original o directa. Por tanto, podemos deducir que los obstáculos no reflejan toda la energía que reciben, sino que absorben parte de ella y reflejan el resto. La diferencia entre la onda reflejada y la directa es la energía absorbida. El resultado de dividir la energía aborbida y la energía que incide en el objeto se denomina coeficiente de absorción. El coeficiente de absorción “a” está comprendido entre 0 y 1. Si un material tiene un valor a = 0, significa que es reflectante puro, mientras que si “a” = 1 es un excelente absorbente.

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Dependiendo del factor de absorción de la energía transmitida por la fuente sonora dentro de un recinto acústico, podemos indicar que existen diferentes tipos de recintos que van desde los recintos muertos, que absorben la gran mayoría de las ondas emitidas, hasta los recintos vivos, donde la energía absorbida es pequeña y, por tanto, existe un grado elevado de reflexiones. Conviene indicar que en el mercado existe una amplia gama de materiales absorbentes que normalmente son porosos y de poca densidad, con diferentes grados de absorción acústica. Cada material tiene su coeficiente de absorción propio, que depende del espesor del mismo, del ángulo de incidencia de la onda sonora, de la forma y de la frecuencia de la señal sonora. En la Tabla 1 podemos observar diferentes tipos de materiales y sus grados de absorción en función del espesor de estos y de la frecuencia de la señal.

MATERIAL Algodón, tela Corcho aglom. Fibra de vidrio Hormigón Ladrillo Madera Moqueta Vidrio, láminas Parqué Silla de madera Espectadores Sillón tapizado

COEFICIENTES DE ABSORCION ESPESOR (cm) 125 Hz 250 Hz 500 Hz 0,04 0,07 0,13 5 0,28 5 0,18 0,55 0,78 0,01 0,01 0,02 0,01 0,01 0,02 2 0,16 0,13 1 0,12 0,10 0,18 0,5 0,18 0,05 0,04 1,5 0,04 0,04 0,07 UNIDADES DE ABSORCION POR ELEMENTOS 0,021 0,026 0,15 0,23 0,40 0,37 0,33

1 kHz

2 kHz

4 kHz

0,22 0,82 0,02 0,03 0,10 0,20 0,03 0,06

0,32 0,36 0,82 0,02 0,04 0,06 0,46 0,02 0,06

0,35 0,81 0,02 0,05 0,05 0,72 0,02 0,07

0,043 0,56 0,36

0,042 0,64 0,40

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Tabla 1. Absorción de diferentes materiales en función de la frecuencia del sonido y su espesor.

Como regla general, los objetos lisos, pesados y rígidos son reflectantes, mientras que los rugosos, porosos, de formas irregulares o que puedan vibrar fácilmente son absorbentes. Cuando en el acondicionamiento sonoro de una estancia se presentan problemas en la calidad del sonido normalmente es consecuencia de que las paredes o los objetos presentes en ella son muy reflectantes (mármol, vidrio, hormigón armado, etc.) y es conveniente añadir algún material absorbente (cortinas, alfombras...) para mejorar el sonido.

2.4. Tiempo de reverberación de un recinto. Ya hemos visto cómo se produce el fenómeno de la reverberación. Sin embargo, ahora tenemos que detenernos en un parámetro que va a ser de vital importancia en el diseño acústico: el tiempo de reverberación. Podemos definirlo como el tiempo que se requiere para que un sonido disminuya hasta una millonésima de su valor inicial, descendiendo este 60 dB, es decir, que se extinga, una vez que el sonido original haya cesado (es decir, representa el instante en que los sonidos indirectos ya no son perceptibles por el oído). El tiempo de reverberación de un recinto se calcula por la formula de Sabine:

RT60 =

0,16 • V Σa • S

donde T es el tiempo de reverberación en segundos; V es el volumen del recinto en metros cúbicos; ∑ a x S es el sumatorio de todas las superficies multiplicadas cada una por su propio coeficiente de absorción; a es el coeficiente de absorción de los diversos materiales que conforman la sala, y S es la superficie total en metros cuadrados de paredes, techo y suelo. El tiempo de reverberación de las salas de audición es un factor muy importante en el resultado de la calidad de la acústica arquitectónica. Aunque sabemos que el nivel de calidad de un recinto viene

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Equipos de Sonido

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dado por diversos factores, este tiempo nos va a permitir establecer, en cada caso y en función directa con el local y su destino, el tiempo más conveniente para lograr ese nivel de calidad deseado. Mediante el procedimiento anterior podemos calcular el tiempo de reverberación de cualquier local; ahora sólo tenemos que compararlo con el idóneo para cada aplicación y ver si es adecuado, y si no lo es, jugaremos con los diferentes materiales absorbentes que existen en el mercado para conseguirlo. Para un eficaz acondicionamiento de un local, es importante que previamente se establezca cual debe ser su tiempo óptimo de reverberación. Se pueden considerar como buenos los siguientes tiempos de reverberación: Tiempos de reverberación óptimos en distintos locales Pequeñas salas acústicas en el hogar Estudios de emisoras radiofónicas (voz) Estudio de emisoras radiofónicas (música) Estudios de televisión Teatros de capacidad media Sala de conferencias Sala de baile Sala de conciertos para música clásica Salas de cine: 3 De 200 a 600 m 3 De 600 a 1000 m De 1000 a 2500 De 2500 a 4300 De 4300 a 7000 De 7000 a 10000 De 10000 a 15000 De 15000 a 25000 De 25000 a 30000 De 30000 a 35000 De 35000 a 40000 De 40000 a 50000

0,31s 0,36s 1,12s 0,9s 1s 0,7s 1s 1,5s 0,5 0,9 1,1 1,2 1,4 1,6 1,9 2,3 2,5 2,6 2,7 2,9

Tabla 2. Tiempos de reverberación óptimos en distintos locales

3. ACUSTICA DE PEQUEÑAS ESTANCIAS. Consideraremos “pequeña estancia” a aquellas que por sus medidas no producen reverberación apreciable del sonido. En ellas no se requiere el uso de un sistema de megafonía para que la palabra de una persona se entienda sin problemas. En estos casos la elección de los lugares para colocar los altavoces y la selección de estos será notablemente más sencilla que si se trata de una gran área o un exterior. La sonorización de estas estancias se asocia casi siempre con la difusión de música ambiental o de mensajes y no con la palabra (conferencia, debate, etc.)

3.1. Estancias acústicamente vivas o apagadas. En las habitaciones de tamaño moderado no se desarrollan las prolongadas reverberaciones propias de los grandes recintos, pero si que puede observar una cierta prolongación del sonido si no poseen suficiente superficie absorbente. Por ejemplo, si entramos en una habitación vacía, aunque sea pequeña, y damos una palmada, notaremos que el sonido no se extingue inmediatamente sino que se prolonga durante un corto espacio de tiempo debido a que el sonido efectúa una serie de reflexiones contra las paredes, techo y suelo hasta que se extingue. Estamos en una habitación acústicamente viva. Si llenamos esta habitación con muebles, un sofá, cortinas, cuadros, alfombras, etc. Y volvemos a dar una palmada, el sonido se cesará casi inmediatamente. Hemos convertido a la habitación en una estancia “apagada”. Lo que ha pasado es que los objetos que hemos introducido se comportan como absorbentes del sonido impidiendo que este sufra una gran serie de reflexiones.


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Algunos objetos absorberán mejor las bajas frecuencias (muebles, puertas, ventanas), otros las frecuencias medias y altas (alfombras, sofá) y otros sólo las altas (cortinas, tapices, etc.) Una instalación de sonido siempre sonará con más calidad en las estancias más apagadas.

3.2. Diferentes colocaciones de altavoces y sus efectos. En estancias pequeñas, la colocación de los altavoces tiene una importancia relativa, dependiendo del uso al que se destine la instalación de sonorización. Si solo se desea difundir música ambiental sin grandes pretensiones de calidad de escucha, cualquier colocación puede ser buena (techo, pared, rincón), o incluso a veces se llega a ocultar los altavoces en los elementos de la decoración. Lo único que hemos de tener en cuenta es que los rincones (pared – pared, pared - techo) favorecen las notas graves y que los agudos se atenuarán si el altavoz no está orientado hacia el área de escucha o tiene algún elemento absorbente (cortinas) colocado delante. En general deberemos seguir las siguientes normas: •

Si deseamos obtener una mayor calidad de sonido y una óptima audición de los posibles mensajes, colocaremos los altavoces con su haz sonoro (eje) orientado hacia el lugar de escucha previsto. Esta colocación proporcionará al oyente la mejor respuesta posible en agudos y es la recomendada cuando la instalación sea estéreo (Figura 5).

Figura 5. Influencia de la situación de los altavoces.

• • • • • • •

Los altavoces pueden estar situados tanto en el techo como en las paredes, buscando además, en el caso de instalaciones estéreo, que la distancia de ambos al oyente sea similar. Si no se conoce la situación del área de escucha, una colocación en el techo buscando el centro de la habitación será adecuada, así como la disposición en una de las paredes mas pequeñas de la habitación a una altura de 2 m (Figura 6). Para obtener la máxima calidad de sonido HI-FI, es recomendable situar los bafles de forma que el sonido que producen, no encuentre inmediatamente una superficie donde reflejarse. En el caso de bafles es apropiado pues, colocarlos algo separados de las paredes, tanto laterales como trasera, y si es posible, orientarlos de forma que miren directamente hacia el área de escucha y no hacia objetos reflectantes (paredes, suelo, techo, cristales, etc.) Algún elemento absorbente situado en las superficies reflectantes más próximas, por ejemplo una alfombra en el suelo, un tapiz colgado de la pared, etc. ayudará a obtener un buen resultado. El espacio situado detrás del lugar de escucha, es mejor que no sea absorbente sino que ayude a difundir el sonido. En pequeñas habitaciones se puede obtener fácilmente un agradable sonido estéreo simplemente colocando dos pequeños altavoces a ambos lados del mando de sonido. O también 2, o mejor 4, pequeños altavoces de 2” de techo conectados en “X” (Figura 7).


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Figura 6. Disposición correcta de los altavoces en estéreo.

Figura 7. Situación de altavoces en estéreo en pequeñas habitaciones.

4. ACUSTICA DE GRANDES ESPACIOS INTERIORES. En primer lugar consideraremos un gran espacio interior a todo aquel cuyo volumen supere 1000 3

m . Cuando en un espacio cerrado se produce un sonido, la energía acústica producida tardará un tiempo en desaparecer absorbida por las diferentes superficies que forma el recinto y por los objetos que contiene. En efecto cuando en un gran recinto damos una palmada, observaremos que el sonido tarda un tiempo apreciable en desaparecer; las ondas sonoras comenzaran a reflejarse en las superficies y objetos tantas veces como sea necesario hasta su total atenuación. Los recintos con mayor absorción son mucho más fáciles de sonorizar que aquellos con RT60 largos. A modo de referencia diremos que un tiempo de reverberación menor de 1.6 s, permite efectuar instalaciones de sonorización de excelente inteligibilidad de palabra, mientras que valores RT60 mayores de 4 - 5 s presenta grandes dificultades. Los factores más desfavorables, desde el punto de vista acústico, que puede poseer un espacio cerrado son: • • • •

Grandes superficies reflectantes (paredes, cristales, suelos, etc.) Paredes reflectantes paralelas. Produce una variante de eco especialmente molesta (flutter – echo o eco pulsatorio) Superficies cóncavas que pueden focalizar el sonido sobre un área pequeña. Albergar máquinas u aparatos (aire acondicionado, extractores, etc.) que ocasionan un alto nivel de ruido ambiente.

Para el acondicionamiento acústico de un local deberemos calcular el tiempo de reverberación y que compararlo con el idóneo para cada aplicación y ver si es adecuado, y si no lo es, jugaremos con los diferentes materiales absorbentes que existen en el mercado para conseguirlo.


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4.1 Salas de tamaño moderado. Si el tiempo de reverberación no es muy largo (RT60 <2.5 s) y el tamaño de la sala es pequeño o moderado, se puede intentar sonorizarla desde un solo punto (Figura 8). •

Instalaciones de refuerzo de la palabra: Dedicadas a reproducir los sonidos en el mismo ambiente en el cual se generan. Aquí es importante conservar la dirección de procedencia del sonido correspondiente a la situación del orador (pequeñas iglesias, salas de conferencias o baile). Se utilizarán preferentemente altavoces muy direccionales (columnas de varios altavoces) y se instalarán dirigidos a la audiencia más lejana, a una altura de 1,7 m de el oyente está sentado y a 2,2 m si esta de pie.

Figura 8. Sonorización desde un solo punto

Es muy importante que el haz sonoro del altavoz se oriente hacia la audiencia en su totalidad, evitando en lo posible que parte de él se dirija hacia superficies reflectantes que ocasionarían ecos y aumentaría la reverberación. También hay que evitar dividir los altavoces en dos grupos, uno a cada lado del orador ya que, salvo en la zona central de la sala, ocasionarían grandes irregularidades de la respuesta en frecuencia percibida por la audiencia (filtros en peine, ver Figura 9). El oído humano no es eficaz a la hora de distinguir la procedencia del sonido en sentido vertical. Por lo tanto, una buena situación de los altavoces, donde sea factible, sería colocarlos por encima del orador, dando la impresión a la audiencia de que todo el sonido procede de éste. Cuando la profundidad de la sala sea demasiado grande para sonorizarla desde un solo punto (l > 30 m), podemos utilizar dos técnicas diferentes según la arquitectura de la estancia.

Figura 9. Filtros en peine


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•


Estancias con falso techo a una altura entre 2.5 y 4 m. La forma más segura de conseguir un buen reparto del sonido será instalar una trama de altavoces en el falso techo cubriendo el área ocupada por la audiencia (Figura 10).

Figura 10. Cálculo de tramas de altavoces en el techo.

•

Estancias con techos altos o impracticables. Si es factible, se colgarán los altavoces del techo hasta situarlos a una altura entre 3 y 5 m del suelo, y se formará un entramado similar al del ejemplo anterior (Figura 11).

Figura 11. Altavoces suspendidos en techos altos

De no ser posible, se instalarán Columnas de Altavoces en las paredes y pilares de la estancia, asignando a cada uno de ellos un área a sonorizar y dirigiendo allí el haz sonoro, evitando que una misma zona esté cubierta por más de una Columna (Figura 12).

Figura 12. Sonorización por áreas.

4.2. Salas de tamaño grande. Cuando una determinada estancia alcanza un volumen importante (aeropuertos, estaciones, ferias de muestras, etc.), su sonorización aumenta en complejidad, sobre todo cuando en su diseño arquitectónico no se ha tenido en cuenta la acústica. Además, el uso al que se suelen destinar requiere una apropiada cobertura de megafonía con excelentes condiciones de inteligibilidad y uniformidad. Debido a los innumerables condicionantes acústicos, funcionales, estéticos, etc. que hay que tener en cuenta, que es muy difícil dar unas reglas generales para su sonorización, por lo que se reco-


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mienda contratar un completo estudio electroacústico cuando se disponga de todos los datos precisos como: • • • • •

Planos de planta y alzado. Relación de materiales que componen todas las superficies (paredes, techo, suelo, grandes objetos, etc.). Nivel de ruido previsto según su uso y las máquinas e instalaciones que contendrá. Cuidado con el ruido de la climatización y con el del exterior. Zonas en las que se ha de concentrar previsiblemente la audiencia. Lugares donde sería posible colocar altavoces y donde no se permitiría por razones estéticas u otras.

4.3. Inteligibilidad de la palabra Como su propio nombre indica, la inteligibilidad de la palabra se refiere al conjunto de cualidades que ha de poseer el sonido que recibimos de un orador o de un sistema de "refuerzo de palabra" (megafonía) para que la comprensión de la información que contiene sea óptima. •

Perdida de articulación de consonantes

La pérdida de articulación de consonantes -% Alcons - es uno de los métodos que se utilizan para medir la inteligibilidad de la palabra en una instalación electroacústica. Se basa en la lectura de unos determinados textos por un locutor, a través de la megafonía, mientras que un grupo de oyentes anota las palabras que ha entendido y las que no. Los resultados se expresan en % de pérdida de consonantes, ya que son estas letras las que determinan principalmente el significado de las palabras. Las vocales no producen problemas debido a su mayor duración en las sílabas. Actualmente, el % ALcons se mide con instrumentos que calculan matemáticamente la inteligibilidad basándose en la difusión de determinados sonidos que generan digitalmente, por la instalación de megafonía. Un micrófono conectado con el instrumento recoge estos sonidos y los procesa para calcular inmediatamente el índice correspondiente a esa situación. La interpretación de los resultados de esta medida es. % Alcons 0 – 10 % 10 – 15 % > 15 % •

Inteligibilidad Excelente Buena Mala

Factores que afectan a la pérdida de inteligibilidad y recomendaciones para evitarla

Hay varios factores clave que determinan directamente la pérdida de inteligibilidad en una instalación de megafonía: 1. Que el Nivel del sonido producido por la instalación no sea suficientemente grande en relación con el ruido ambiente ( S / N ). 2. Que el tiempo de reverberación " RT60 " de la sala sea largo. Los problemas comienzan a partir de 2 - 3 s. 3. Que el oyente esté muy alejado del altavoz, por lo que oirá un mayor porcentaje de sonido reverberante. 4. Mal alineamiento de los altavoces. 5. Reflexiones en objetos muy próximos al altavoz (hasta 1 m). 6. Reflexiones de gran energía que lleguen retrasadas más de 50 ó 100 ms respecto al sonido directo, Se considera "Eco". Las recomendaciones apropiadas para evitar o reducir estos factores negativos serán pues: 1. Elegir la potencia de la instalación y la disposición y rendimiento de los altavoces de forma que la megafonía supere en 10 a 25 dB el nivel sonoro del ruido ambiente.


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2. Si el tiempo de reverberación es muy grande habrá que utilizar altavoces con alta directividad (Q) como columnas, bocinas o agrupaciones de altavoces, y concentrar el haz sonoro sobre la audiencia, manteniendo la distancia altavoz - oyente lo más corta posible. 3. Reducir las distancias altavoz - audiencia. 4. Cuando se instalen 2 o más altavoces juntos, es muy importante que sus centros acústicos queden alineados, es decir, a la misma distancia del área de escucha. 5. Evitar que el haz sonoro de cualquier altavoz choque con objetos próximos (paredes, columnas, techos, etc.). 6. No enfocar el haz sonoro hacia grandes objetos reflectantes (paredes, cristaleras, etc.) que puedan retornar un eco. Esto ocurre si la reflexión recorre una trayectoria más larga que la del sonido directo en 17 m o más.

La banda comprendida entre 300 Hz y 3000 Hz es fundamental; por eso es la que se usa en el teléfono. Dentro de esta gama las frecuencias cercanas a 2000 Hz son las que aportan el mayor porcentaje de información. Sin embargo, para obtener un sonido natural, habrá que ampliar la gama hasta 150 Hz a 5 Khz al menos. De todas formas, siempre es preferible elegir un altavoz de respuesta en frecuencia limitada pero uniforme a otro con mayor banda que tenga irregularidades en su curva de respuesta.

5. DISEÑO Y CÁLCULO DE UNA LÍNEA DE DISTRIBUCIÓN DE SONIDO. 1. Tipo de difusores acústicos: Los tipos y utilidad de los altavoces en general son mostrados en la Figura 1 y 2.

Tipo

USOS DE ALTAVOCES EN INTERIORES Utilización fundamental

Altavoz empotrado o adosado en techo Plafoneras (conjunto de altavoz + amplificador) Columna de altavoces Baffles (alta calidad) Trompeta o bocina exponencial

Música indirecta y comunicaciones o avisos. Música indirecta y comunicaciones o avisos. Música indirecta o en directo, comunicaciones o avisos Música indirecta o en directo Comunicaciones o avisos (alcances largos)

Figura 1. Tipos de difusores acústicos usados en interiores

Tipo

USOS DE ALTAVOCES EN EXTERIORES Utilización fundamental

Columna de altavoces Altavoz de rango extendido (cubre amplio margen de frecuencias) Trompeta o bocina exponencial

Música, Música indirecta o en directo, comunicaciones o avisos Música, Música indirecta, comunicaciones Comunicaciones o avisos (alcances largos).

Figura 2. Tipos de difusores acústicos usados en exteriores.

2. Forma de instalación de difusores acústicos (techo, pared, etc.). Tenemos distintas maneras de instalar los difusores acústicos en función de la altura del suelo al techo y del nivel de ruido del local (Figura 3).


_____ SUPERFICIE SONORIZADA POR ALTAVOZ ALTURA NIVEL DE RUIDO ALTAVOZ / BAJO MEDIO ALTO SUELO > 4 metros

4 metros

3,5 metros

3 metros

Si es posible, cuelgue los altavoces para bajarlos a 3,5 m, o columnas en paredes 2 2 2 8” : 18 m 5” : 35 m 8” : 18 m 2 8” : 18 m 2 2 2 5” : 24 m 5” : 24 m 8” : 12 m 2 2 8” : 12 m 8” : 12 m

3” : 30 m 5” : 16 m

2,5 metros

2” : 10 m 3” : 16 m 2 5” : 8 m

BAJO

2 2 2 2

5” : 16 m 2 8” : 8 m 3” : 16 m 2 5” : 8 m

2

2

5” : 16 m 2 8” : 8 m 2 5” : 8 m 2 8” : 4 m

2


Tipo y colocación de altavoces

Si coloca altavoces en el techo, se hará con bocinas exponenciales en el techo o en la parte superior de las paredes.

Altavoces empotrados en techo o plafoneras (conjunto de altavoz +amplificador) En caso de que no se pueda empotrarse nada en el techo, se colocarán columnas acústicas en las paredes, separadas 4 o 5 metros entre sí, orientándolas para que cubran toda la superficie. En caso de ser un local con nivel de ruido muy elevado, se instalarán bocinas exponenciales, orientándolas para que cubran toda la superficie.

Altavoces empotrados en techo o plafoneras (conjunto de altavoz +amplificador)

Altavoces empotrados en techo o plafoneras (conjunto de altavoz +amplificador)

NIVEL DE RUIDO de distintos recintos MEDIO

Oficina, Sucursal bancaria, Tienda. Agencia de Viajes, Restaurante de Lujo, Consulta, Biblioteca, Interior de una vivienda, Aula de escuela, Establecimientos comerciales pequeños

Tienda Joven, Bar, Restaurante, Bingo, Gimnasio, Almacén, Patio de escuela, Teatro, Aula universitaria, Grandes almacenes, Bares y cafeterías, Terrazas de restaurantes

ALTO

Estación de Tren o Autobús, Zonas Publicas Salón, Recreativos, Bar Musical, Polideportivo, Campo de deportes, Estación de autobús, Taller mecánico

Figura 3. Elección de tipo de difusores acústicos y forma de colocación.

3. Elección del tamaño del altavoz situado en el techo: Las reglas básicas para elegir altavoces de techo son: A. Un Altavoz grande concentra el sonido en un foco más estrecho pero da más intensidad que uno pequeño. Los altavoces tienen diferente ángulo de cobertura, según su tamaño (Fig. 4). B. A mayor tamaño, un Altavoz tiene mayor rendimiento acústico, es decir, produce más sonido para la misma potencia de Amplificador. Recomendamos los Altavoces de 8" para techos altos y los de 5" para techos medios y bajos. Los Altavoces de 3" solamente se han de utilizar en estancias en que, además de poca altura de techo, haya poco ruido ambiente. C. El Altavoz de 5" presenta un compromiso entre buen rendimiento y amplia cobertura, es la solución adecuada para la sonorización en techo cuando no sea de gran altura o con un alto nivel de ruido.

Figura 4: Angulo de cobertura de un altavoz


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En la Figura 3 nos da los tamaños de altavoz aconsejables en función de la altura altavoz/suelo y del nivel de ruido del local.

4. Cálculo del número de altavoces situados en el techo, y distancia máxima entre altavoces El cálculo estará basado en dos criterios, eligiendo aquel que obtenga mayor número de altavoces: CRITERIO 1: Se basa en la aplicación directa de las Normas Técnicas de edificación (NTE.IAM. Megafonía). La Figura 5 nos permite calcular el número de altavoces y separación entre ellos, dependiendo de la altura del local y de los niveles de calidad: • • •

Nivel I: Instalaciones empleadas exclusivamente para difusión de palabra. Nivel II: Se utilizará para difusión de palabra y música con calidad media. Nivel III: Se utilizará para difusión de música con alto nivel de calidad.

CRITERIO 2: Tiene en cuenta el ángulo de cobertura del altavoz y la posición del oyente, podremos calcular el número de altavoces mediante la formula que aparece en la Figura 5. Angulo de cobertura de altavoces: 8” =80º, 5”=100º, 3”=120º, 2”=160º.

Figura 5. Cálculo del número de altavoces situados en el techo.

5. Elegir Tipo, características y accesorios de micrófonos. Elegiremos los micrófonos atendiendo a los criterios estudiados en el tema específico de micrófonos.


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6. Elegir equipos de entrada o fuentes de sonido. Elegiremos las fuentes de sonido necesarias para el local determinado: Sintonizador, Lector de CDs, Pletina, tocadiscos, etc.

7. Cálculo de la potencia total necesaria en la instalación. La siguiente Figura 6 nos da la potencia total P en watios RMS del amplificador necesaria en la instalación en función del volumen del local en m3 y el nivel de ruido del local (nivel bajo 50 dB, nivel medio 65 dB, nivel alto 80 dB). Para valores intermedios se interpolarán linealmente. Estos valores son orientativos ya que dependen del tipo de materiales constructivos y decorativos del local, tipo de altavoces a utilizar, etc.

Superficie SL del local en m2

Altura H del local en m 2,5 3 3,5 4

16 13 11 10

32 23 23 20

64 53 45 40

112 93 80 70

160 133 115 100

320 267 228 200

640 533 457 400

1120 933 800 700

1600 1333 1150 1000

3200 2670 2285 2000

Volumen del local en m3

40

80

160

280

400

800

1600

2800

4000

8000

2

4

8

13

20

34

63

105

150

290

3

6

12

20

30

50

95

162

230

440

5

9

19

31

45

80

150

250

350

680

Nivel Ruido Bajo 50 dB Nivel Ruido Medio 65 dB Nivel Ruido Alto 80 dB

Figura 6. Tabla de Fonestar.

8. Elección del amplificador en catálogos de fabricantes. Elegiremos un amplificador que proporcione una potencia superior a la obtenida en el anterior apartado. El amplificador tendrá unas características adecuadas para nuestra instalación: potencia, impedancia de salida, ancho de banda, número y tipo de entradas.

9. Potencia que se va a disipar en cada altavoz: a. Línea de impedancia constante: Si la instalación de sonido es de conexión directa entre amplificador-altavoz, deberemos diseñar el circuito de altavoces y calcular la potencia que va a disipar cada uno de ellos. b. Línea de Tensión Constante: la Potencia de cada altavoz = Potencia amplificador / Número de puntos de sonido. Usando altavoces de potencias: 1, 2, 4, 6, 8, 10, 16, 20 watios (mirar primero los altavoces que tiene el fabricante con el que vamos a trabajar), determinar la potencia que queremos en cada punto de sonido teniendo en cuenta que la suma total de potencias debe coincidir con la potencia RMS del amplificador elegido. La suma de todas las potencias entregadas por los altavoces debe ser igual a la potencia del amplificador. Además elegiremos los transformadores adaptadores de impedancias de las potencias e impedancias requeridas.

10. Sección del cable utilizado entre etapa de potencia y difusores acústicos. a. Línea de impedancia constante: La siguiente tabla (Figura 7) da la máxima longitud de un conductor de una sección determinada en función de la impedancia de salida del amplificador seleccionado.


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Figura 7

b. Línea de tensión constante: En la tabla de la Figura 8 obtendremos la sección S en mm2, de cada uno de los conductores de la línea (línea principal de distribución, ramales de distribución, etc.), en función de la potencia transmitida W, en watios y de la longitud del tramo en estudio L, en metros y del tipo de conductor. La sección mínima utilizada será de 0,75 mm2 en líneas con conductor bifilar y de 0,40 mm2 en líneas con conductor multipar. Esta tabla es para líneas de 100 V, si en vez de una línea de 100 V usamos una de 75, 50 o 35V, habrá que consultar las Normas tecnológicas de Edificación.

Figura 8. Sección para líneas de tensión constante de 100 V.


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11. Elección del diámetro del tubo protector del conductor. Se hará como se indica en la Figura 9.

Figura 9. Diámetro del tubo protector.

6. ACUSTICA DE EXTERIORES En instalaciones de megafonía al aire libre no se producen reverberaciones aunque si reflexiones y ecos; sin embargo, la influencia del medio ambiente plantea muchos problemas adicionales. Por ejemplo, la temperatura y la humedad relativa del aire pueden producir atenuación del sonido, especialmente en altas frecuencias. Los vientos refractan el sonido y tienen un efecto imprevisible en la difusión del sonido, ya que se pueden perder palabras o frases enteras del mensaje sonoro, según la fuerza de las ráfagas, y provocar una concentración de las ondas sonoras en el sentido en que sopla y una disminución del nivel sonoro en el sentido contrario. La distribución del sonido se ve afectada también por obstáculos como árboles, edificios... y hasta por el número de espectadores presentes en la audición. Las condiciones meteorológicas son agentes extremos que también influyen. Lo mismo sucede en el caso de gradientes de temperatura (cambios de temperatura) entre las distintas capas del aire. La temperatura del aire, como sabemos, es mayor cerca del suelo y disminuye con la altura, con lo que afecta a las ondas sonoras, que sufren una refracción, curvándose hacia arriba, por lo que su alcance es muy limitado. Por todo lo expuesto, podemos observar que en la propagación del sonido al aire libre no se produce únicamente una reducción en la intensidad sonora debida sólo a la distancia, sino que se constata un decrecimiento más rápido por los agentes atmosféricos indicados, sobre todo a medida que la frecuencia aumenta. Además, hay que tener presente que la escucha se hace cerca del plano del suelo, donde el público se sitúa y donde se ha de recibir el sonido. Por esta razón la reflexión y la absorción del suelo son factores a tener muy en cuenta para la reproducción del sonido al aire libre. En resumen, en una instalación de sonido al aire libre tendremos que considerar varios factores que influyen en ella y entre los que destacamos los siguientes:


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1. Disminución del nivel sonoro por divergencia debido a la dispersión de la energía del sonido en el medio. 2. Absorción atmosférica. 3. Reflexión y difracción por obstáculos sólidos 4. Refracción y formación de sombras por cambios de temperatura. 5. Refracción y formación de sombras por cambios de la velocidad del viento. 6. Atenuación producida en el área a cubrir con la distancia. (Recordad -6 dB al duplicar la distancia y + 3 dB al duplicar la potencia.) Estas deficiencias pueden ser solucionadas en parte tomando en consideración varios factores prácticos: • • • • • • • •

El sonido debe tener un nivel suficiente (al menos 80 dB) en cualquier punto de audición; debe de ser también, al menos, 10 dB superior al ruido ambiente. Para evitar el efecto Larsen, ningún altavoz debe estar dirigido hacia cualquiera de los micrófonos. Prever los vientos dominantes. Seleccionar las bocinas apropiadas para cada orientación (alcance). Cuidado con las zonas de árboles. Cuidado con las reflexiones en otros edificios (eco). Para cubrir grandes distancias apilar dos o más bocinas y orientarlas hacia las zonas más alejadas. Si la zona se halla en un lugar habitado, deben emplearse altavoces muy direccionales (columnas de varios altavoces) para evitar molestias.

8.1. Cálculo de la Potencia eléctrica necesaria: La potencia eléctrica en watios necesaria para sonorizar un espacio abierto viene dada por la fórmula: 2

 p•d  P =   E 

donde “p” es la presión acústica deseada en microbar, “d” la distancia en metros y “E” la sensibilidad del altavoz. Como datos de presión acústica se recomiendan los siguientes: Zona tranquila (como un parque): 1µbar. Zona con ruido de fondo (bar al aire libre): 2 µbar. Zona de reuniones (estadio deportivo): 3 µbar. Zona ruidosa (calle de gran circulación) 4 µbar. Zona muy ruidosa (circuito automovilístico): 5 µbar. Por ejemplo se deseamos sonorizar un punto situado a 100 m del altavoz, en un estadio deportivo, la potencia eléctrica necesaria, con un altavoz cuya sensibilidad E sea de 40, será:

 3•100  P =   40 

2

= 56 w


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Tema nº 8: Preamplificadores

Equipos de Sonido

Preamplificadores 1. EL AMPLFICADOR DE BAJA FRECUENCIA. Las diferentes fuentes de señal utilizadas en alta fidelidad, poseen unas características muy especiales e inherentes a cada una de ellas. Entre éstas aparecen las fuentes analógicas de señal, tales como: micrófonos, cápsulas magnéticas empleadas en los discos de vinilo antiguos (phonos), sintonizadores (tuner), audio TV/vídeo, las platinas de cassette (tape) y las últimas novedades digitales: DCC (digital compact cassette), DAT (cinta de audio digital) y CD (compact disc). Las distintas fuentes de señal analógicas proporcionan unos niveles de señal muy distintos de salida, que oscilan entre los 0,1 y 2,5 mV en los phonos de bobina móvil (MC) e imán móvil (MM), hasta los 150 y 200 mV que entregan los CD y los sintonizadores. Los citados niveles de señal resultan insuficientes para excitar los altavoces finales, por lo que es imprescindible aumentar el valor de dichos niveles, adaptándolos y controlándolos. Esto se realiza mediante las etapas de preamplificación y amplificación de potencia. En la actualidad, los amplificadores integrados constan de dos etapas bien diferenciadas, el preamplificador y el amplificador de potencia, según se muestra en la Figura 1. En los equipos profesionales y semiprofesionales, el preamplificador y la etapa de potencia se encuentran como unidades independientes, con identidad propia.

Figura 1. Diagrama de bloques de un amplificador integrado.

2. CONSTITUCIÓN GENERAL DE UN PREAMPLIFICADOR. El preamplificador es un dispositivo electrónico que tiene por misión seleccionar una o varias fuentes de señal, controlar, amplificar y corregir las señales que provienen de los diferentes transductores electroacústicos (micrófonos, lector de CDs, cabezales magnéticos, etc.), para poder atacar con amplitud suficiente al amplificador de potencia.


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En la Figura 2 podemos apreciar el esquema completo de un diagrama de bloques de un amplificador integrado (preamplificador y etapa de potencia). Como observamos está compuesto por diversos elementos que iremos estudiando a continuación.

Figura 2. Diagrama de bloques de un amplificador integrado.


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3. EL SELECTOR DE ENTRADAS. Es el encargado de realizar la selección de las diferentes fuentes de señal presentes en la entradas (tuner, tape, auxiliar, phono, CD...) para dejarlas pasar al preamplificador. Además el selector de entradas adapta la entrada del preamplificador a las características especiales de la fuente de señal seleccionada. El selector puede estar constituido por un simple conmutador rotativo o sistema de pulsadores, que prepara la entrada del preamplificador a las especiales características de la fuente de señal.

Figura 3. Selector de entradas de un amplificador

En la Figura 3 observamos un Selector de Entradas. En él, la conmutación de la señal de entrada se realiza en las proximidades de los conectores de entrada, haciendo circular las señales de BF por el circuito impreso, conectando la señal al preamplificador en el trayecto más corto posible para prevenir posibles fuentes de interferencias. En los últimos años se ha impuesto la conmutación de entradas con teclas suaves. Puesto que se trata de pulsadores, no realizan la conmutación de la señal propiamente dicha, sino que controlan relés o interruptores estáticos del tipo CMOS. En efecto, si se observan los nuevos modelos de equipos amplificadores de Hl-FI presentes en el mercado, se comprobará que los conmutadores rotativos selectores de señal de entrada clásicos han sido sustituidos por botoneras selectoras en los equipos profesionales, o por mandos a distancia en las líneas de Hl-FI doméstica. En la Figura 4 podemos observar un circuito selector de entradas de un amplificador en estéreo. En él podemos observar varias de las entradas y salidas de señal más representativas en los equipos de audio: CD, Auxiliar, Tuner, Phono, Sat/Dbs, Tape 1 y Tape 2 inp y out. Además de las diferentes fuentes de señal a seleccionar en la entrada, podemos utilizar las salidas de cinta, como son Tape 1/Dat out y Tape 2 out para realizar grabaciones desde cualquier fuente de reproducción seleccionada en la entrada a casete o de casete a casete. Figura 4. Selector de entradas.

Podemos realizar varias funciones, a través de las diferentes posiciones que pueden tomar los conmutadores selectores de entrada y de salida de cinta o grabación (Tape 1/Dat y Tape 2: • Tape 1/Dat en la posición off, al igual que Tape 2. Será seleccionada una sola señal (estéreo) de las diferentes presentes en las entradas de señal por alguno de los conmutadores de entrada que se encuentre activado en la posición de on. La señal aparece tanto en la salida Tape 1 out como en Tape 2 out (L y R); además, la señal seleccionada pasará al amplificador, y ninguna de las señales de entrada, presentes tanto en Tape 1 inp como en Tape 2 inp, serán aplicadas al sistema, al encontrarse deshabilitadas. Podremos, por tanto, tomar la señal en las salidas Tape 1


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out como de Tape 2 out para realizar una grabación de la señal seleccionada en la entrada al mismo tiempo que el amplificador la reproduce. • Tape 1/Dat en posición on, al igual que Tape 2. En esta posición la señal estéreo de entrada seleccionada por el conmutador selector activado aparecerá por la salida Tape 1 out para poder ser grabada. Igualmente, la señal estéreo presente en la entrada Tape 1 inp aparecerá por la salida de Tape 2 out, que podrá ser tomada para realizar una copia de cintas entre casetes colocando el casete reproductor (playback) en la entrada Tape 1 inp y el casete grabador (recording) en Tape 2 out. Por último, hay que tener en cuenta que la señal estéreo presente en Tape 2 in se hallará a la salida del amplificador. • Tape 1/Dat en la posición off Tape 2 en la posición on. Aquí la señal seleccionada es enviada a las salidas Tape 1 out y Tape 2 out, donde se puede realizar una copia. La señal presente en Tape 1 inp se apagará o quedará deshabilitada, y la señal presente en Tape 2 inp pasará a la salida del amplificador. • Tape 1/Dat en la posición on y Tape 2 en la posición off. La señal seleccionada de las diferentes presentes en las entradas pasará a Tape 1 out, donde se podrá realizar una copia. La señal presente en Tape 1 inp saldrá por Tape 2 out, donde se podrá realizar una copia de cintas entre casetes. Igualmente saldrá por la salida del amplificador, donde se puede monitorizar la copia, de la misma forma que la señal presente en Tape 2 inp se apagará. En el mercado existen varios circuitos integrados que pueden realizar la función de selector de entradas. Vamos a describir el funcionamiento de un circuito integrado de la marca Phlips, el TDA 1029, con cuatro entradas de señal (Figura 5).

Figura 5. Circuito Selector de entradas mediante el TDA 1029.


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Este circuito integrado realiza la función de selector de entradas y de preamplificador de señal. Está formado por cuatro entradas dobles de señal estéreo (sintonizador de radio, Tape 1, Tape 2 y pickup); cada una de estas entradas introduce la señal a un amplificador operacional. Mediante el nivel de tensión, bajo o alto, de unas patillas de control del TDA 1029 (patillas 11, 12, 13) podremos elegir alternativamente una de las diferentes fuentes de señal estéreo presentes en las cuatro entradas y presentarlas en las salidas correspondientes del cada canal derecho e izquierdo. En cada una de las entradas tenemos un circuito adaptador de nivel e impedancia formado por las diferentes resistencias y condensadores que forman los circuitos de entrada. En la entrada del Pick-up se ha incorporado un amplificador RIAA para la ecualización del Phono (reproductor de discos de vinilo). Las patillas 14, 16 son las utilizadas por la alimentación de continua y las patillas 9 y 15 son las salidas de baja frecuencia para los canales derecho e izquierdo.

4. EL PREAMPLIFICADOR. El preamplificador es un amplificador de tensión, que eleva la débil señal de entrada a un nivel suficientemente elevado como para poder atacar al amplificador de potencia. Los circuitos preamplificadores suelen constar de varias etapas y constituyen la primera parte del diagrama de bloques de un equipo de sonido, el cual se muestra en la Figura 6. Micróf ono

Sintonizador

Mezclador

Ecualizador

Amplif icador de Potencia

Lector CDs

Altav oz

Etapas preamplif icadoras

Figura 6. Diagrama de bloques de un equipo de sonido.

Cada etapa preamplificadota tiene una ganancia en tensión Av y está se define como la relación entre la tensión de salida y la de entrada (Figura 7):

Av = Y en decibelios:

V2 V1

Av(dB) = 20 × log

V2 V1 Av1

V1

V2

Figura 7. Etapa preamplificadota.

V1

Av2 V2

V3

Figura 8. Varias etapas preamplificadotas.

Si se tienen varias etapas preamplificadotas (Figura 8), la ganancia total será: Avt =Av1 x Av2 Y en decibelios: Avt (dB)= Av1(dB) + Av2(dB)


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Los preamplificadores se pueden realizar con transistores, amplificadores operacionales o con circuitos integrados específicos, aunque actualmente la mayoría son construidos con circuitos integrados. No obstante, conocer el funcionamiento de un preamplificador transistorizado permite comprender mejor su finalidad.

4.1. PREAMPLICADOR A TRANSISTORES BIPOLARES. Para preamplificadores es muy empleado el amplificador en emisor común la siguiente Figura 9: Este amplificador lleva una polarización del transistor denominada universal. Existe un divisor de tensión formador por R1 y R2 cuya función básica es polarizar directamente la unión base-emisor del transistor, y que éste esté tenga su punto de trabajo aproximadamente en el centro de la recta de carga. La resistencia de emisor RE estabiliza la Vcc corriente de emisor frente a variaciones de temperatura. La resistencia de colector limita la intensidad de colector al valor deseado. La misión de Ce y Cs (denominados condensadores de acoplamiento) será la de permitir el paso de la señal de corriente alterna que queremos amplificar y bloquear o no dejar pasar la componente continua. El condensador CE (condensador de desacoplo) en paralelo con RE se comportará como un cortocircuito para la corriente alterna y como un circuito abierto para la componente continua, permitiendo que toda la señal que quiero amplificar no caiga en RE sino en la unión base emisor del transistor, con lo que la amplificación será mayor.

R1

RC

Cs Ve

Ce

Vs

T1

Salida

Entrada R2

RE

CE

Figura 9. Preamplificador en emisor común.

El funcionamiento del circuito es el siguiente (Figura 10): El efecto amplificador de un transistor se base en que pequeñas variaciones de la tensión base-emisor provocan grandes variaciones de corriente de emisor y colector. Cuando aplicamos al preamplificador una señal alterna de entrada ve y ésta está aumentando (semiciclo positivo), la tensión base-emisor vbe en polarización directa aumentará con lo que el transistor conducirá mejor, la intensidad de emisor ie y colector ic aumentarán, con lo que vce disminuirá su valor, provocando un deslizamiento del punto de trabajo Q hacia saturación. Así que vce tendrá su valor mínimo cuando ve tenga su valor máximo. Cuando ve disminuye ocurrirá lo contrario, la tensión base-emisor vbe en polarización directa disminuirá con lo que el transistor conducirá peor, la intensidad de emisor ie y colector ic disminuiran, con lo que vce aumentará su valor, provocando un deslizamiento del punto de trabajo Q hacia corte, de tal forma que cuando su valor es el de pico negativo, vce alcanza el valor más alto. Por lo explicado observamos que la tensión de salida está desfasada 180º con respecto a la entrada. Figura 10


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4.1.1 Acoplamiento entre etapas amplificadoras. Generalmente un solo transistor no proporciona la suficiente señal a la entrada del amplificador de potencia, razón por la cual los equipos preamplificadores están formados por dos o tres etapas amplificadoras acopladas entre sí. Para adaptar las impedancias de salida y de entrada de dos etapas amplificadoras transistorizadas se utilizan varios tipos de acoplamiento entre etapas: a) Acoplamiento mediante un condensador (Figura 11): El condensador C2 tiene la finalidad de dejar pasar las señales alternas procedentes de la primera etapa y evitar que la tensión continua de polarización de la primera etapa quede aplicada a la base de la segunda. Este condensador debe de ser de un valor elevado (unos pocos microfaradios), para que no presente una reactancia elevada a la frecuencia de las señales que se desean amplificar. R1

R2

C4

R3

RC1

+VCC

RC2

C2

C5

VS

C1 Ve

T1

T2

R5

R4

RE1

C3

RE2

C6

Figura 11. Preamplificador de dos etapas acopladas mediante un condensador

En los preamplificadotes de varias etapas es conveniente insertar entre la última etapa y una etapa previa un filtro RC (R1 y C4 de la Figura 11). Este filtro compensa la influencia de la impedancia interna de la fuente de alimentación en el acoplamiento de impedancia interetapas. b) Acoplamiento directo: Consiste en conectar el colector de un transistor con la base del siguiente, de forma que la señal pase directamente de una etapa a otra. Esto evita que las señales de BF queden amortiguadas (atenuadas) en el condensador de acoplamiento. El inconveniente de este circuito es que el colector de la primera etapa esta alimentado con una tensión muy baja, pues al mismo tiempo polariza la base siguiente. En la Figura 12 se representa el esquema de un acoplamiento directo de tres etapas amplificadoras con transistores PNP. Observar que los transistores PNP polarizan sus uniones al contrario que un transistor NPN, pero su funcionamiento es idéntico. -VCC R1

R2

R3

R4 Vs T1

T2 Ve

R5

C1 T3

R7

R6

R8

0

Figura 12. Acoplamiento directo de tres etapas amplificadoras.


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c) Acoplamiento complementario: Consiste en utilizar un transistor PNP y otro NPN (Figura 13). El colector del primer transistor acopla la señal directamente a través de R4 a la base de la segunda etapa amplificadora constituida por T2. Cuando se aplica una señal de entrada Ve y esta se va haciendo más positiva el transistor T1 conduce menos y su colector se hace más negativo, con lo que la base de T2 también se hace más negativa, conduciendo T2 menos corriente de colector y bajando la tensión de salida. Cuando la señal Ve se hace más negativa ocurre lo contrario, T1 conduce más corriente de colector, el colector de T1 y la base de T2 se hacen más positivas, conduciendo más corriente T2 y aumentando la tensión de salida Vs. - Vcc

R1

R2

R3

R4 T2 Ve

Vs

C1 T1

R5

R6

R7

C2

C3

0

Figura 13. Acoplamiento complentario.

4.2. PREAMPLIFICADOR CON TRANSISTORES FET. El transistor de efecto de campo (FET) se utiliza en etapas que necesitan mucha sensibilidad, al introducir menos ruido que los transistores bipolares. Las principales ventajas del FET frente al transistor bipolar son las siguientes: a) b) c) d)

Genera menos ruido. Su funcionamiento es más estable frente a variaciones de temperatura. Es más fácil y más económico de fabricar. Ocupa menos espacio.

Aunque presentan también algunas desventajas frente al transistor bipolar: a) La respuesta en frecuencia es peor que en el transistor bipolar. b) Tienen menor ganancia en tensión. c) Se dañan muy fácilmente por electricidad estática. Un ejemplo típico de aplicación, es el utilizado como circuito preamplificador para micrófonos de condensador (Figura 14). +Vcc

D Ve

CE

Term inales del FET

Q1 FET G

Señal de Entrada

Vs S

Rg 10M

Señal de Salida Rs 200

Puerta

G (Gate)

Drenador

D (Drain)

Fuente

S (Source)

Figura 14. Preamplificador con transistor FET.


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4.3. PREAMPLIFICADOR CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL. Actualmente cada vez se diseñan menos preamplificadores transistorizados, recurriendo a circuitos integrados que, entre otras, ofrecen ventajas tan interesantes como reducir el tamaño de los equipos, simplificación de circuitos, abaratamiento, facilidad para la localización de averías. El amplificador integrado por excelencia es el denominado amplificador operacional. Con la denominación de amplificador operacional (AO) se identifica una serie de circuitos integrados que, originalmente, fueron utilizados en las calculadoras electrónicas analógicas, pero que en la actualidad se emplean en multitud de circuitos electrónicos y, por supuesto, como preamplificadores de audio. Un AO dispone de dos entradas de señal (Figura 15): una de ellas E1 se indica con el signo “+” y corresponde a una entrada no inversora; la otra entrada E2 se indica con el signo “-“ y corresponde a una entrada inversora. Cualquier señal que se aplique a la entrada inversora aparece amplificada en la salida con la fase invertida, exactamente igual como sucede con una señal aplicada a un transistor en montaje emisor común. Toda señal aplicada a la entrada no inversora aparece amplificada en la salida con igual fase. Si se aplican señales a las dos entradas de manera simultánea, la señal de salida es proporcional a la diferencia entre ambas. +Vcc

E1

E2

+

S

-

Figura 15. Amplificador operacional.

El AO dispone también de dos terminales para su conexión a la fuente de alimentación que permita su funcionamiento, aunque en los esquemas se suelen omitir estos terminales ya que se sobreentiende que han de estar presentes. Un amplificador operacional tiene las siguientes características: a) Impedancia de entrada muy grande, teóricamente infinita. Esto hace que sus terminales “+” y “-“, no absorban prácticamente corriente. b) La ganancia en tensión, sin realimentación entre la salida y entrada, es muy elevada (entre 100.000 y 1.000.000). Como cualquier amplificador, los operacionales alcanzan la saturación. Cuando esto sucede, la señal de salida no aumenta de valor aunque sí lo haga la diferencia entre las señales de entrada. La tensión de salida máxima que podremos obtener será cercana a la tensión de alimentación de corriente contínua. c) Impedancia de salida muy baja (entre 75 y 150 Ω). d) Tensión de alimentación normalmente simétrica con valores comprendidos entre ±12V y ±22V. e) La tensión entre los terminales “+” y “-“ de entrada es prácticamente nula.

4.3.1. Amplificador Inversor con Amplificador Operacional. En la Figura 16 se representa un amplificador inversor con alimentación simétrica, donde la señal de salida sale desfasada 180º respecto de la entrada.


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R2

+Vcc=+15V U1 7

R1

C1

2

-

3 + R3

6 Vs

4

Ve

741

-Vcc=-15V

Figura 16. Amplificador inversor con A.O.

En este amplificador la ganancia en tensión viene dada por la expresión:

Av = −

R2 R1

de tal manera que para diseñar un amplificador con una ganancia Av determinada le asigno un valor a una de las resistencia y calculo el otro. La impedancia de entrada de este amplificador es igual a R1, por lo que interesa que esta resistencia no sea de un valor muy bajo. R3 mejora el circuito frente al ruido y se calcula:

R3 =

R1× R 2 R1 + R 2

C1 bloquea cualquier componente continua de la etapa anterior y deja pasar solo la componente alterna. Este se calcula mediante la siguiente expresión: siendo fmin la frecuencia mínima a amplificar. EJEMPLO: Diseñar un amplificador inversor con Amplificador operacional para que tenga una ganancia de 50, siendo la frecuencia mínima a amplificar 20 Hz. Damos un valor a R2 de 1000 KΩ

Av = −

R2 R1

50 = −

1000 R1

R1 = −

1000 = 20 KΩ 50

Normalizando, R1 estará formada por dos Resistencias en serie de 10 KΩ.

R3 =

R1 × R 2 20 × 1000 = = 19,6 KΩ R1 + R 2 20 + 1000

Normalizando, R3 estará formada por dos resistencias en serie de 18 KΩ y 1K5.

C1 =

1 2πR1 f

= min

1 = 3,97 × 10 −7 F = 397 × 10 −9 F = 397nF 2 × π × 20000 × 20

Normalizando, C1 será de 390 nF.


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4.3.2. Amplificador no inversor con Amplificador Operacional. En un amplificador no inversor la señal de salida se encuentra en fase con la de entrada. Por tanto, aquí se aplica la señal a amplificar a la entrada no inversora del A.O (Figura 17). R1

R2

+Vcc=+15V

7

U1 2

C1

741 -

6

3 +

Vs

R3

4

Ve

-Vcc=-15V

Figura 17. Amplificador no inversor con un A.O.

En este amplificador la ganancia en tensión viene dada por la expresión:

R1 + R 2 R1

Av =

de tal manera que para diseñar un amplificador con una ganancia Av determinada le asigno un valor a una de las resistencia y calculo el otro. La impedancia de entrada de este amplificador es igual a R1, por lo que interesa que esta resistencia no sea de un valor muy bajo. R3 mejora el circuito frente al ruido y se calcula:

R3 =

R1× R 2 R1 + R 2

C1 bloquea cualquier componente continua de la etapa anterior y deja pasar solo la componente alterna. Este se calcula mediante la siguiente expresión:

C1 =

1 2πR3 f

min

siendo fmin la frecuencia mínima a amplificar. EJEMPLO: Diseñar un amplificador no inversor con Amplificador operacional para que tenga una ganancia de 30, siendo la frecuencia mínima a amplificar 20 Hz. Damos un valor a R2 de 1000 KΩ

R1 + R 2 Av = R1 R1 =

R1 + 1000 30 = R1

30 R1 = R1 + 1000 30 R1 − R1 = 1000 29 R1 = 1000

1000 = 34,5 KΩ 29

Normalizando, R1 estará formada por dos Resistencias en serie de 33 KΩ y 1k5.

_____________________________________________________________________________ MVA 8 - 11

Equipos de Sonido

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R3 =


R1 × R 2 34,5 × 1000 = = 33,35KΩ R1 + R 2 34,5 + 1000

Normalizando, R3 estará formada por dos resistencias en serie de 18 KΩ y 330Ω.

C1 =

1 2πR3 f

= min

1 = 2,38 × 10 −7 F = 239 × 10 −9 F = 239nF 2 × π × 33350 × 20

Normalizando, C1 será de 270 nF.

4.3.3. Amplificadores con A.O acoplados en cascada. Los amplificadores operacionales presentan el problema de que cuanto mayor es la ganancia en tensión que se desea obtener, menor será el valor de la frecuencia que se puede amplificar. Este problema se resuelve acoplando dos o más amplificadores operacionales en cascada, uno a continuación del otro (Figura 18). R2

R5

+15V

+15V U1

2

741 -

3 +

6

741

2

-

3 + R6

-15V

4

R3

6 Vs

4

Ve

U2

R4

7

7

R1

-15V

Figura 18. Amplificadores acoplados en cascada.

La ganancia en tensión total será: Av= Av1 x Av2. Así se tenemos una primera etapa con Av1=10 y una segunda etapa con Av2=100, la ganancia total será Av=10 x100 = 1000. Si la ganancia en tensión la expresamos en decibelios: Av(db) =Av1(db) + Av2(db).

5. ECUALIZACIÓN RIAA. En la grabación de discos de vinilo, las señales de baja frecuencia (graves) son grabadas por debajo de su nivel, mientras que las altas frecuencias (agudos) se registran con un nivel mucho más alto. La razón de esto se debe a factores constructivos y de grabación. Esta forma de registro se realiza siguiendo unas normas determinadas, siendo la más utilizada la de la Asociación de Industrias Discográficas de América (RIAA). La compensación que se introduce en los preamplificadores debe ser complementaria a la norma RIAA, a fin de obtener una respuesta de frecuencia uniforme y plana en la salida del amplificador. Ahora en el preamplificador para Phono (reproductor de discos de vinilo), se deberán acentuar las frecuencias graves y atenuar las agudas. A esta técnica se le denomina ecualización RIAA. En la siguiente Figura 19 podemos ver un preamplificador estéreo, formado por el circuito integrado LS 4558, para amplificar señales procedentes de un pick-up magnético (reproductor de discos de vinilo). El LS 4558 es un circuito integrado que contiene en su interior dos amplificadores operacionales. En el canal derecho, las resistencias R1 y R3, conforman la adaptación de impedancias y C1 el condensador de acoplo al preamplificador IC1-A . La red formada por R9, R10, C5, C7 y C8 forman el _____________________________________________________________________________ Equipos de Sonido

MVA

8 - 12

_____


sador de acoplo al preamplificador IC1-A . La red formada por R9, R10, C5, C7 y C8 forman el circuito para la ecualización RIAA. La ganancia del amplificador dependerá de la frecuencia y de las reactancias de los condensadores C5, C7 y C8; diseñados para producir la atenuación de las frecuencias agudas y el realce de las graves. La ganancia del amplificador para las bajas frecuencias queda determinada por los valores de R9, R10, R5 y el trimmer R6. Las resistencias R13 y R14 se utilizan como distribuidoras de señal, al mismo tiempo que atenúan y adaptan las señales de salida, C13 nos permite el acoplo a las siguientes etapas, evitando el paso de la componente continua. C6 forma un filtro para desacoplar posibles señales de alta frecuencia parásitas de la fuente de alimentación. C3 permite asegurar la correcta polarización, ya que determina una ganancia en tensión continua igual a la unidad (en continua los condensadores se comportan como circuitos abiertos), por lo que mantiene a R6 abierta y aislada de masa. Para alimentar este circuito se necesita una fuente de alimentación simétrica, bien filtrada para evitar que el rizado de la alterna de la red pueda afectar al preamplificador RIAA.

Figura 19. Preamplificador RIAA estéreo con circuito integrado LS 4558.

6. CONTROLES DE TONO. Los controles de tono permiten compensar, en cierta medida, la acústica deficiente del local o la adaptación del sonido al gusto particular del usuario. El control de tono más sencillo es el que aparece en la Figura 20. Está formado por el condensador C y el la potenciómetro P1. Cuando P1 está en A, las altas frecuencias pasan con mayor facilidad por el condensador C que las bajas, por lo que los agudos quedan atenuados. En la posición B el funcionamiento es normal.

_____________________________________________________________________________ MVA 8 - 13

Equipos de Sonido

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Vcc

R1 RC

Cs R3

Ve

Ce

Vs

T1

A P1 1M 12 nF

C

R3

B

RE

Ce

Figura 20. Control de tono simple.

El circuito anterior es utilizado en amplificadores económicos. Para obtener un control de tonos más eficaz se recurre al tipo Baxandall (Figura 21), que es el más utilizado. El circuito consta de control de agudos y graves independientes. El control de agudos esta controlado por el potenciómetro R1, que puede suponerse formado por dos resistencias Ra y Rb, ambas varían con la posición del cursor de R1 y su suma permanece constante e igual a R1. El control de graves R2 se supone igualmente compuesto de dos resistencias Rc y Rd.

R3

C1 Realce Entrada

Ra

R1

Atenuación

Agudos

Rb

Rc R2

C3

Grav es

Rd

C4 Salida

C2

R4

Figura 21. Control de tono tipo Baxandall.

R3

C1 Realce Entrada

R3 Ra

R1

Atenuación

Realce Agudos

Entrada

Rb

Rc R2

Atenuación

Grav es

Rd

Salida

C2

R4

a) Control de Agudos

C3

C4 Salida

R4

b) Control de Graves

Figura 22. Control Baxandall dividido en control de graves y agudos.

_____________________________________________________________________________ MVA 8 - 14

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Funcionamiento del control de agudos: para las altas frecuencias del espectro de audio, C3 y C4 (Figura. 21 y 22a) se comportan como cortocircuitos, conectando directamente entre sí R3 y R4 y eliminando R2 (Rc y Rd) del circuito. En la posición de atenuación máxima, Ra = R1 y Rb = 0 (cursor abajo). Las resistencias R3 y R4 forman un divisor de tensión que no introduce cambio alguno en la respuesta de frecuencia del resto del circuito, al no existir ningún elemento reactivo en su red. El condensador C2 está en paralelo con R4 y la salida. Para frecuencias extremadamente altas del espectro de audio, C2 se comporta como un cortocircuito, eliminando a R4 del circuito y no dejando que aparezca señal alguna en la salida, debido a que cortocircuita C2 a masa. Para las frecuencias centrales del espectro de audio, C2 resulta un circuito prácticamente abierto (presenta gran resistencia), de modo que toda la caída de tensión producida en R4 por acción del divisor de tensión formado por R3-R4 aparece en la salida. Para esta posición del cursor, el circuito puede compararse con un filtro paso-bajo. Cuando se hace subir el cursor del potenciómetro de agudos a la posición de máximo realce, al ir aumentado el valor de Rb, mayor es la cantidad de agudos que irán pasando a la salida. En la posición extrema de refuerzo de agudos, Ra = 0 y Rb = R1. La combinación de C1 en paralelo con R3 atenúa más las frecuencias bajas que las altas. Funcionamiento del control de graves: La red de control de graves puede aislarse, igualmente, con un error despreciable, del circuito completo de control de tonos (Figura. 22b). Para las frecuencias bajas, la impedancia que presentan las capacidades C1 y C2 junto a la del potenciómetro de agudos es elevada. Por este motivo, tiene poco efecto la posición que tome el cursor del potenciómetro de agudos sobre la acción que pueda realizar el control de bajos y, por supuesto, sobre la respuesta en frecuencia en ese extremo del espectro de audio. En la posición de máximo refuerzo de graves, Rc es nulo, con lo que C3 queda cortocircuitado y el condensador C4 pasa a estar en paralelo con la resistencia total del potenciómetro R2. Si se considera despreciable la resistencia R4 y muy grande la R2 con respecto a la impedancia de C4, obtenemos un circuito paso bajo, que dejará pasar fácilmente las bajas frecuencias. En la posición de atenuación máxima, el condensador C3 actúa como shunt del potenciómetro R2, mientras que C4 queda cortocircuitado. El conjunto del condensador C3 y la resistencia R4 forman un paso alto. En la Figura 23 observamos un preamplificador transistorizado formado por tres partes: dos etapas amplificadoras transistorizadas (constituidas por T1 y T2), un control de tonos tipo Baxandall donde P1 es el control de Graves y P2 el de agudos y control de volumen realizado con P3.

1ª Etapa Am plificadora

Control de Tonos

2ª Etapa Am plificadora R17 VCC

R1 33k

R4 6K8 C3 10uF

F1

Entrada Vi

C1

T1 BC547

R8

R7 10K

1K

Agudos P2 100K

R3 18K

F2

R5 68

C2

R15 2K7

C8 22uF

T2 BC547

C6 3K9

22K P1 100K

R9

Grav es

10K C5 22K

10uF

R13 56K

C7 10uF

C4

4.7uF

R14 18K

R16 1K C9 100uF

R6 1K

Volumen P3

R11 1K

F3 47K

R10 R2 4K7

+20 a +30 V

680

C10 47uF

10K

R12 47K

Salida Vo

F4

Nota: T1 y T2= BC147, BC207, BC547

Figura 23. Preamplificador transistorizado con control de tonos tipo Baxandall y control de volumen.

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7. CANCELADOR DE LOS CONTROLES DE TONO (tone defaut) Este control se utiliza para suprimir la actuación de los controles de tono y así conseguir de manera instantánea una respuesta de frecuencia plana e inalterable en el preamplificador, sin actuación de los citados controles. En ocasiones, los fabricantes lo utilizan también para cancelar los filtros de agudos y de graves que estudiaremos a continuación.

8. FILTROS (filter) La mayoría de los equipos de alta fidelidad incorporan uno o más filtros con la finalidad de suprimir o atenuar unas determinadas gamas de frecuencias. Esta alternativa se utiliza por la necesidad que a veces se presenta de suprimir efectos nocivos y molestos producidos por el equipo o por las fuentes de señal reproductoras que aplican su señal al amplificador e incluso por agentes externos al citado sistema, como los parásitos de la red eléctrica. Los filtros más utilizados en audio son los subsónicos, los de graves y los de agudos. •

Los filtros subsónicos (subsonic filter). Constituyen un tipo especial de filtro paso-alto y son los encargados de eliminar unas determinadas frecuencias situadas por debajo del umbral mínimo de audición (20 Hz). Estas frecuencias no afectan al contenido del programa musical que se va a reproducir, pero pueden, sin embargo, sobrecargar innecesariamente tanto el amplificador como el altavoz de graves, por lo que es aconsejable tener siempre activado este filtro. Las señales que eliminan pueden ser generadas principalmente por la resonancia de los brazos giradiscos, o por descargas eléctricas esporádicas localizadas en el amplificador, etc.

•

Los filtros de graves (low filter). Trabajan con el espectro de frecuencias comprendido entre 50 y 80 Hz y afectan al contenido de las señales que se van a reproducir. Están destinados a suprimir ruidos mecánicos producidos por los giradiscos (rumble) y la componente alterna de 50 Hz de la rectificación de la fuente de alimentación que aparece como consecuencia de un mal filtrado.

•

Los filtros de agudos (high filter). Éstos suelen trabajar con frecuencias de corte a partir de los 7 a 8 kHz, y están destinados a suprimir ruidos molestos (ruidos de aguja en el caso de discos, soplido de fondo en las cintas y transmisores de FM), que contribuyen notablemente a la contaminación de la señal original.

9. CONTROL DE VOLUMEN. La misión del control de volumen (volume control) es la de regular el volumen sonoro proporcionado por el amplificador, desde cero hasta la máxima potencia a la que puede trabajar. Para efectuar el control de volumen se utiliza siempre un potenciómetro logarítmico, puesto que el oído humano sigue una ley logarítmica. En amplificadores de varias etapas es importante que el control de volumen no afecte ni a las corrientes de funcionamiento ni a las impedancias de carga de los transistores. También es importante que no sea causa de ruido en el amplificador, lo cual puede suceder se éste se sitúa a la entrada del preamplificador, puesto que el ruido producido por el control de volumen quedará muy amplificado. La situación del control de volumen depende, por tanto, de estos factores, y se debe estudiar en cada caso cuál es la situación más idónea para su colocación. En la Figura 23 observamos un control de volumen situado a la salida del preamplificador de dos etapas. Cuando el cursor del potenciómetro esté en la parte superior el preamplificador dará la máxima salida de señal, y conforme vamos girando el potenciómetro y el cursor va bajando se irá disminuyendo la cantidad de señal a la salida del preamplificador. En la Figura 24 observamos un preamplificador estéreo (dos canales izquierdo y derecho iguales), en el que cada canal está compuesto por dos etapas amplificadoras realizadas con un circuito inte-

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grado LS 4558 (que contiene dos amplificadores operacionales). Observamos que cada canal está compuesto de: 9

9 9 9 9 9

Control de tonos Baxandall: en el que hay un potenciómetro doble para el control de graves y otro para el de agudos (R1+R7 y R6+R12). Estos potenciómetros serán dobles (de dos cabezas), para que al mover uno de ellos estemos actuando sobre los dos canales (izquierdo y derecho) del preamplificador. Primera etapa amplificadora con circuito integrado: IC1-A para canal derecho e IC2-A para canal izquierdo. Control de volumen: constituido por un potenciómetro doble logarítmico (R12+R14), para que al accionarlo controlemos el volumen de los dos canales estéreo. Segunda etapa amplificadora con circuito integrado: IC1-B para canal derecho e IC2-B para canal izquierdo. Conmutador de muting: Al accionarlo y cortocircuitar la resistencia R19 y modificamos la ganancia del amplificador operacional. Se usa para bajar el volumen a un nivel determinado. Tres salidas estéreo: Pre-escucha, salida para un vúmetro, salida para la etapa de potencia.

Figura 24. Preamplificador estéreo con control de tonos y volumen.

10. EL COMPENSADOR ACÚSTICO O CONTROL FISIOLÓGICO (loudness). Como comentamos en las unidades de introducción de electroacústica, el oído humano no responde por igual a todas las frecuencias del espectro de audio, sino que lo hace con niveles de sonido absolutos distintos. Así, con señales que impriman al sonido niveles de escucha bajos, nuestro oído capta con menor nivel las frecuencias graves que a las agudas, y mejor a las medias. Por otra parte,

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dado que en la salida de escucha de un equipo de música se reproduce el programa musical a un nivel inferior al original, se obtienen una respuesta del oído desigual para cada frecuencia. Para compensar este efecto, denominado Efecto FlecherMunson, los amplificadores disponen de un mando llamado compensador acústico o loudness. Al accionarlo, el preamplificador realza las frecuencias de graves y de agudos y mantiene constante el nivel de las medias. La compensación se puede realizar automáticamente, adicionando al amplificador una serie de filtros en el potenciómetro de volumen, en cuyo caso éste debe estar provisto de varias tomas intermedias (Figura 25 ). En otros casos el compensador está accionado por un control independiente, intercalado entre dos etapas amplificadoras. Figura 25. Circuito compensador del efecto Flecter-Munson.

11. EL SILENCIADOR (muting). El silenciador se encuentra presente en algunos equipos de sonido domésticos, permite reducir el nivel sonoro de salida en un valor prefijado por el fabricante (generalmente en l5 dB) o eliminarlo instantáneamente. Se puede recuperar nuevamente el nivel sonoro anterior actuando sobre el citado mando, sin necesidad de recurrir al control de volumen. En la Figura 24 observamos un preamplificador con un conmutador de muting.

12. EL CONTROL DE BALANCE. Este mando de control sólo se utiliza en equipos estereofónicos, y tiene por objeto regular a voluntad el nivel de potencia o señal en la salida de cada canal o etapa de potencia. Esta magnitud dependerá de las circunstancias específicas de cada instalación, tendiendo siempre a que ambos canales tengan idéntico nivel sonoro de salida. Ello no siempre es posible debido a que existen una serie de factores externos e internos al sistema que pueden condicionar el hecho de que la potencia acústica de cada canal sea distinta. Algunos factores son: • • •

Las características específicas de la sala de audición (reflexión, absorción, etc.). La situación del oyente con respecto a las pantallas acústicas. La posición de las pantallas acústicas en la sala de audición.

Para corregir todas estas deficiencias y proporcionar una sensación espacial en estéreo se utiliza el control de equilibrio o balance. En la Figura 26 se observa un control de balance. Cuando el cursor del potenciómetro de balance suba hacia arriba la resistencia desde el A la Entrada de A. Potencia Derecho cursor hasta el terminal superior del potenciómetro va disminuyendo con lo que la sali- Salida Previo da del previo derecho se va cargando más y Derecho su salida va disminuyendo, por el contrario la resistencia desde el cursor hasta el terminal BALANCE inferior del potenciómetro va aumentando con lo que la salida del previo izquierdo se va cargando menos y su salida va aumentando. A la Entrada de A. Salida Previo Izquierdo

Potencia Izquierdo

VOLUMEN

Figura 26. Control de Balance

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En la Figura 27 podemos observar las conexiones del control de balance, graves, agudos y volumen para un amplificador estéreo.

Figura 27. Conexiones en un amplificador estéreo.

En el caso del circuito integrado TDA1524A, tiene integradas las funciones de volumen, balance y control de tonos de graves y agudos, con solo añadirle algunos componentes exteriores, como puede observarse en la Figura 28.

Figura 28. Preamplificador estéreo integrado con el TDA1524A

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13. CONMUTADOR DE MODO (mode). Este mando permite realizar todas o algunas de las siguientes funciones, aunque la mayoría de los amplificadores no las incorporan en su totalidad (Figura 29): a) Reproducción estereofónica normal por ambos altavoces (posición normal). b) Reproducción estereofónica invirtiendo los canales derecho e izquierdo (posición reverse). c) Reproducción monofónica de la señal procedente del canal izquierdo (left), posición L, o derecho (right), posición R. d) Reproducción monofónica de las señales de los canales izquierdo y derecho superpuestos, y sobre ambas pantallas acústicas simultáneamente (posición L+R).

Figura 29. Conmutador de Modo

14. LA ENTRADA DE CINTA CC, DAT O DCC (tape monitor). La mayoría de los amplificadores de alta fidelidad presentan una o más entradas de cinta (tape 1 y tape 2) con sus correspondientes entradas (input play=entrada para reproducción) y salidas (output rec= salida para grabación). Cada una de éstas dispone de un mando selector de cinta (tape 1/monitor y tape 2) con dos posiciones: on y off. Su finalidad es servir de monitores de grabación y reproductores para las entradas y las salidas de cintas (tape 1 y tape 2) respectivamente. Con el conmutador tape 1 en la posición off, la señal amplificada es aquella que previamente ha sido seleccionada por el selector de entradas. Se tiene la posibilidad de obtener la señal seleccionada en la salida tape 1 Rec out, donde se puede realizar una grabación y copia de cinta a través del amplificador. Igualmente, si el conmutador tape 1 se pasa a la posición on, se dará paso a la señal de un magnetófono o soporte de cinta presente en la entrada tape 1 Play inp, que será amplificada, deshabilitando en la salida del amplificador la señal que teníamos previamente seleccionada por el selector de entradas. En el mercado existe una gran variedad de dichos sistemas. En la Figura 30 podemos observar claramente en un diagrama de bloques los distintos procesos de entrada y de salida de cinta para reproducción y grabación.

Figura 30. Diagrama de bloques de entrada y salida de la cinta

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15. EL MANDO DE DUPLICACIÓN DE CINTA (tape rec o tape duplicate). Asociado al selector de entradas anterior, puede aparecer el mando de duplicación de cintas, cuyo objetivo es la duplicación o copia entre cintas, según se puede observar en la Figura 30. Esta función tiene por objeto realizar la réplica o copia entre cintas magnéticas, utilizando las entradas y salidas de tape 1 y 2, mediante los mandos correspondiente de control (tape monitor y tape 2). Para realizar la grabación entre cintas, ambos mandos deben encontrarse en la posición on, con lo cual la señal presente en la entrada de cinta tape 1 Play inp será la señal original, de la cual se realizará una réplica, la señal para grabar se obtendrá en la salida tape 2 Rec out. Normalmente, en la mayoría de los equipos esta función depende de las especificaciones entregadas por el fabricante. Existe la posibilidad de que, mientras se realiza la réplica o copia, se puede reproducir otra fuente de señal sin que sea interferida por la primera, o bien monitorizar la grabación efectuada.

16. EL SEPARADOR DEL PREAMPLIFICADOR Y ETAPA DE POTENCIA. Este control tiene como objetivo separar o abrir el circuito preamplificador del amplificador de potencia. Permite utilizar por separado estas etapas o emplearlas como un amplificador integrado, intercalando entre ambas un ecualizador o una mesa de mezclas, según podemos observar en la Figura 31. Generalmente, al actuar sobre dicho control, puente o conmutador, se consigue dejar las salidas y las entradas de los preamplificadores y de las etapas de potencia separadas como unidades independientes o integradas como una sola unidad. La entrada al amplificador de potencia se suele identificar por inout o power in y la salida del preamplificador, por out o pre-out.

Figura 31. Separador del preamplificador y etapa de potencia.

17. ESQUEMAS DE PREAMPLIFICADORES. En las Figuras 31 y 32 observamos dos preamplificadores estéreo uno realizado con circuito integrado y otro con transistores donde podremos reconocer muchas de las etapas o partes estudiadas anteriormente.

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Figura 31. Preamplificador estéreo con circuito integrado NE542.

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Figura 32. Preamplificador estéreo con transistores.

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18. EJEMPLOS DE PREAMPLIFICADORES Y AMPLIFICADORES COMERCIALES. PREAMPLIFICADOR ESTÉREO PARA ETAPA DE POTENCIA. ENTRADA: 150 mV/20 K /1 KHz. SALIDA: 1’5 V/20 K /1 KHz, regulable por potenciómetro RESPUESTA: 20-20.000 Hz. CONECTORES: RCA y DIN 5. ALIMENTACIÓN: 230 V CA/12 V CC con adaptador incluido.

PREAMPLIFICADOR ESTÉREO PARA MICRÓFONOS/AUXILIAR. ENTRADA MICRO: 7 mV máximo, 600-10.000 SALIDA AUX: 2 V máximo, 100 K RESPUESTA: 20-20.000 Hz. RELACIÓN SEÑAL/RUIDO: > 63 dB. ALIMENTACIÓN: 230 V CA/12 V CC con adaptador incluido.

PREAMPLIFICADOR ESTÉREO PARA GIRADISCOS con cápsula magnética y selector phono/auxiliar. ENTRADAS: Phono: 5 mV, 47 K , 1 KHz. Auxiliar: 500 mV, 100 K , 1 KHz. SALIDA: 500 mV, 100 K , 1 KHz. RESPUESTA: 20-20.000 Hz. RELACIÓN SEÑAL/RUIDO: > 50 dB.

PREAMPLIFICADOR MEZCLADOR ESTEREO: ENTRADAS: 6 entradas de micrófono balanceado Cannon con alimentación phantom, conmutables a 6 entradas de línea auxiliar para CD, tape, tuner, etc., 1 entrada bus in para instrumentos. CONTROLES: Control de volumen por entrada, volumen general 1-2, ecualizador y on-off. Conmutador activa-desactiva el supresor de realimentación. SALIDAS: Master (para etapa de potencia), grabación y bus out. RESPUESTA: 20-20.000 Hz ± 1 dB. ALIM. PHANTOM: 48 V para micrófonos. AMPLIFICADOR MONO POTENCIA: 30 W máximo. 15 W RMS. RESPUESTA: 50-15.000 Hz ± 3 dB. DISTORSIÓN ARMÓNICA: Inferior al 2% a 1 KHz. ENTRADAS: 2 micros 600-20.000 5 mV. 1 auxiliar 10-50.000 100 mV. CONTROLES TONO: ± 10 dB 100-10.000 Hz. CONTROLES VOLUMEN: MIC 1, MIC 2 y AUX. IMPEDANCIA SALIDA: 4-8-16 y línea alta Z 100 V. SOPORTES: Ángulos para montaje en móvil incluidos. ALIMENTACIÓN: 230 V CA y 12 V CC. MEDIDAS: 245 x 78 x 220 mm fondo. AMPLIFICADOR MONO POTENCIA: 30 W máximo. 15 W RMS. RESPUESTA: 50-15.000 Hz ± 3 dB. DISTORSIÓN ARMÓNICA: Inferior al 2% a 1 KHz. ENTRADAS: 2 micros 600-20.000 5 mV. 1 auxiliar 10-50.000 100 mV. CASSETTE: Reproductor auto-reverse. CONTROLES VOLUMEN: MIC 1, MIC 2 y AUX/Cassette. IMPEDANCIA SALIDA: 4-8-16 y línea alta Z 100 V. SOPORTES: Ángulos para montaje en móvil incluidos.

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En la Figura 33 podemos ver un amplificador estéreo (preamplificador más etapa de potencia).

Figura 33: Amplificador integrado (preamplificador y etapa de potencia)

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Tema nº 9: Amplificadores de Potencia

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Amplificadores de Potencia 1. INTRODUCCIÓN. Hasta el momento hemos estudiado los preamplificadores, dispositivos capaces de amplificar señales de bajo nivel y convertirlas en variaciones de tensión verdaderamente importantes. Para ello hemos utilizado una o varias etapas preamplificadoras de tensión asociadas en cascada adecuadamente, además de algunos circuitos conformadores de señal, para adecuar el nivel de la señal de salida a las necesidades impuestas por el oyente. Si los circuitos preamplificadores estudiados hasta ahora tuvieran que atacar a una carga externa (altavoz de baja impedancia), estarían condenados al fracaso, debido a que entregan unos niveles de señal muy bajos y presentan altas impedancias en sus salidas. Por este motivo, tendríamos que utilizar las etapas de potencia que presentan bajas impedancias en su salida y entregan niveles de señal verdaderamente elevados. Es necesaria, por tanto, la conexión de amplificadores de potencia conectados a la salida de las etapas preamplificadoras, capaces de gobernar las corrientes exigidas para atacar a estas cargas. Así, la función de un amplificador de potencia consiste en amplificar una señal aplicada a su entrada de unos cientos de milivoltios por el preamplificador a una señal de un nivel considerable de unas pocas decenas de vatios, para hacer vibrar la membrana de los altavoces presentes en su salida. Para ello no basta con hacer una amplificación de tensión, también debe hacerse una amplificación de corriente. A continuación haremos una descripción de las etapas básicas que conforman una etapa de potencia (Ver Figura 1):

Figura 1. Diagrama de bloques de una etapa de potencia básica.

•

Control de volumen: controla la porción de la señal de entrada procedente del preamplificador aplicada a la etapa de potencia y, por tanto, la potencia sonora o volumen desarrollado por el altavoz.

•

Preamplificador de entrada: realiza la función previa del tratamiento de la señal de entrada y tiene por misión elevar el nivel de la señal de entrada en tensión.

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•

Etapa excitadora: es una segunda etapa preamplificadora de tensión y su cometido principal es elevar el nivel de salida a unos niveles adecuados de tensión e intensidad, capaces de excitar a la etapa de potencia.

•

Etapa de potencia: proporciona a la señal la potencia suficiente para poder excitar los altavoces de salida. Dicha etapa trabaja normalmente en clase AB, pero puede trabajar en cualquier otra clase.

•

Circuito de realimentación: este dispositivo se encarga de recoger una porción de la señal de salida y reinyectarla al preamplificador o etapa anterior (entrada), consiguiendo como principal efecto minimizar la distorsión y mejorar la linealidad del amplificador. La realimentación puede ser de dos tipos: positiva y negativa. La realimentación negativa es aquella en la que parte de la señal de salida se reinyecta a la entrada, de tal forma que provoca una disminución de la ganancia del amplificador. Cuando el efecto conseguido es el contrario, la realimentación es positiva.

•

Circuito de protección de los transistores finales de salida: limita la corriente de cortocircuito a un valor inferior al de la corriente máxima permitida por los transistores finales de salida, evitando así su destrucción. Normalmente, este bloque se encuentra integrado en la etapa de potencia.

2. CLASIFICACIÓN DE LAS ETAPAS DE POTENCIA. Los amplificadores de potencia utilizados en alta fidelidad pueden ser de diversos tipos o clases: A, B, AB, C o de otras clases menos frecuentes, pero no por ello menos importantes (Figura 2). Amplificador clase A: ofrece una señal de salida igual a la de la entrada, pero amplificada. Tienen un consumo muy elevado y constante de la fuente de alimentación Los amplificadores clase A proporcionan una calidad de sonido muy alta. Amplificador clase B: ofrece una señal de salida de un solo semiciclo con respecto a la entrada. Este tipo de amplificador genera la denominada distorsión de cruce, por lo que es utilizado en equipos de audio donde no se necesita mucha calidad, como sistemas telefónicos, transmisores portátiles, sistemas de avisos, etc. Amplificador clase AB: la salida está amplificada algo más de la mitad de la señal de entrada. Tienen un rendimiento elevado, y unos niveles de distorsión cercanos a los de clase A. Por ello, la clase AB es la más utilizada por la mayoría de los fabricantes de las etapas de salida. Amplificadores clase C: Son aquellos en los que la corriente de salida circula durante menos de 180º de la señal aplicada a su entrada. Presentan un gran rendimiento. Su utilidad se centra en operar sobre una carga resonante para una banda de frecuencias estrecha. Son muy apropiados para el trabajo en radiofrecuencia RF, donde un amplificador ha de excitar a una antena sintonizada a una determinada frecuencia.

Figura 2. Clases de amplificadores de potencia.

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3. AMPLIFICADORES DE POTENCIA CON UN SOLO TRANSISTOR. Los circuitos amplificadores finales con un solo transistor no difieren en su funcionamiento de los empleados en las etapas preamplificadoras, por lo que aquí es válido todo lo expuesto en lo referente a polarizaciones, condensadores de acoplamiento etc. (Figura 3) En las etapas finales se busca siempre obtener la máxima potencia de salida en el colector del transistor, por lo que se diseñan de forma que el punto de trabajo del transistor esté muy apurado, limitado por la máxima disipación térmica del colector y por la máxima tensión VCE admisible por el transistor. Este tipo de amplificador funciona en clase A, por lo que por el altavoz está circulando corriente constantemente aunque no haya señal de audio presente en la entrada. En ellos existe una corriente permanente, que se emplea para polarizar correctamente a los transistores, que llamaremos corriente de reposo. El punto de trabajo está situado en el centro de la recta de carga (Figura 4). En ellos la corriente de salida circula durante los 360 º del periodo de la señal aplicada a su entrada, e incluso en ausencia de esta. La tensión base-emisor del transistor, debe ser lo suficientemente positiva como para que la señal alterna superpuesta sobre la señal de polarización constante del transistor, procedente de la etapa de amplificación anterior, haga variar la corriente de colector dentro de la zona lineal de funcionamiento.

Vcc R1

LS1

SPEAKER Co Vi

Ci

Vo

T1

R3 RE

Ce

Figura 3. Amplificador de potencia con un solo transistor

Figura 4. Etapa de potencia funcionando en clase A.

Estos amplificadores de potencia, con un único transistor, se utilizan en aparatos económicos, donde lo que se busca es un precio final reducido y no una gran potencia de salida, pues el rendimiento de estos circuitos es inferior al 50 %; es decir, que más de la mitad de la potencia obtenida en ellos se pierde en forma de calor en el transistor.

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4. AMPLIFICADORES DE POTENCIA EN SIMETRÍA COMPLEMENTARIA. Este amplificador suele trabajar en clase AB, amplificando un solo semiperiodo de la señal de entrada (Figura 5). Esto implica situar el punto de trabajo en la región de corte, de forma que se pase a la región activa sólo al presentarse el semiperíodo adecuado de la señal de entrada al transistor. Cuando el semiperiodo es el contrario, el transistor permanece en corte, al igual que en ausencia de señal. Por ello, si se desea obtener una señal de salida igual a la de entrada, se habrá de disponer de dos transistores complementarios (dos transistores de iguales características pero uno NPN y otro PNP), parra que cada uno amplifique un semiperiodo de la señal de entrada.

Figura 5. Amplificador clase AB.

4.1. Montaje totalmente complementario para potencias medias y dos fuentes de alimentación. El esquema básico está representado en la figura 6. La forma básica de alimentar este circuito consiste en disponer de una fuente de alimentación simétrica, que proporcione tensiones +Vcc, -Vcc con respecto de masa. Los divisores de tensión R1, R2, R3 y R4 que polarizan las bases de T1y T2 se ajustan para el funcionamiento en clase AB, es decir, la tensión base emisor será pequeña, pero generará una corriente de salida ICQ pequeña, distinta de cero. En el semiciclo positivo, T1 se polariza directamente por lo que estará en conducción mientras que el transistor T2 estará en corte, circulando por lo tanto una corriente ie1. Cuando se presente el semiciclo negativo ocurrirá el proceso contrario circulando la corriente ¡e2 que dará lugar a una caída de tensión sobre RL contraria a la producida por la ie1. En régimen estático (sin señal de entrada a amplificar), como las corrientes ie1 e ie2 son iguales pero de sentido contrario, darán lugar a que la corriente estática de carga sea nula. Como la carga se alimenta de dos seguidores de emisor que tienen una impedancia de salida bastante baja, es posible aplicar como carga la bobina de un altavoz sin necesidad de un transformador adaptador de impedancias. Figura 6. Montaje simétrico-complementario.

Un circuito práctico más real es el indicado en la Figura 7a. En este circuito se utiliza un transistor excitador T1 que trabaja en clase A. Los diodos D1 y D2 polarizan directamente los transistores T2 y T3 para que trabajen en clase AB. Además, su pequeña resistencia dinámica y su coeficiente negativo de temperatura aseguran una estabilidad térmica frente a las variaciones de temperatura. Para ajustar con precisión el punto de trabajo puede conectarse en serie o en paralelo con D1 y D2 una

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pequeña resistencia ajustable. También se puede utilizar un transistor en sustitución de la red formada por P1, D1 y D2 tal y como muestra la Figura 7b.

Figura 7. a) Amplificador de Potencia totalmente complementario con 2 fuentes. b) Polarización para trabajar en clase AB.

a) b) Figura 8. Funcionamiento del Amplificador de Potencia totalmente complementario con 2 fuentes.

En el semiciclo negativo de la señal de entrada (Figura 8a), T1 conduce menos, por lo que se reduce su corriente de colector y aumenta su Vce , aumentando también la tensión de base de T2 (Vb(T2)=Vpot+2VDIODOS+Vce(T1)). El transistor T2 tendrá en su base tensiones más positivas conduciendo éste en su zona activa como seguidor de emisor circulando una corriente creciente a través colectoremisor de T2, RL, y la fuente +Vcc, mientras que T3 permanece en corte. Si ahora la señal de entrada al amplificador es positiva (Figura 8b), T1 conduce mejor, la tensión en el colector de T1 bajará, bajando también la tensión en las bases de T2 y T3 con lo que T2 deja de conducir y T3 empieza a conducir, circulando una corriente a través colector-emisor de T3, RL, y la fuente –Vcc. Así observaremos que en el semiciclo negativo de la señal de entrada la corriente por el altavoz circula en un sentido, mientras que en el semiciclo positivo circula en sentido contrario, reestableciéndose en el altavoz los dos semiciclos completos amplificados en corriente. Al encontrase los transistores T2 y T3 en colector común la ganancia de tensión será menor de la unidad y la ganancia de corriente será muy elevada.

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3.2. Montaje totalmente complementario para potencias medias y una sola fuente de alimentación. Debido al problema de usar fuentes de alimentación simétricas, es más usual encontrar una fuente asimétrica, haciendo un condensador de gran capacidad que se encuentra en serie con la salida de la etapa de fuente de alimentación para T3, como se muestra en la Figura 9. El circuito de la Figura 9 está constituido por una primera etapa formada por un emisor común en clase A que tiene por finalidad amplificar la señal aplicada en su entrada la mismo tiempo que la invierte. Por ello, ante valores negativos de la señal de entrada, el transistor T2 tendrá en su base tensiones positivas conduciendo éste en su zona activa como seguidor de emisor cargando al condensador C2 de elevada capacidad a través de T2, Re1 y RL, mientras que T3 permanece en corte. Si ahora la señal de entrada al amplificador es positiva, la tensión en el colector de T1 bajará, polarizando más directamente base-emisor de T3, con lo que éste conduce.

Figura 9. A. P. Totalmente complementario con una sola fuente

T3 utiliza la tensión presente en los extremos de C2 como fuente de alimentación para su polarización y provoca la descarga parcial de C2, que volverá a cargarse en el siguiente semiperíodo de la señal de entrada cuando conduzca T2 de nuevo y T3 se corte. Así observaremos que en el semiciclo negativo de la señal de entrada la corriente por el altavoz circula en un sentido, mientras que en el semiciclo positivo circula en sentido contrario, reestableciéndose en el altavoz los dos semiciclos completos amplificados en corriente.

4.3.- Montaje casi-complementario de dos etapas elevadas.

para potencias de salida

Para salidas superiores a algunos vatios, los montajes totalmente complementarios de una etapa presentan la dificultad de obtener transistores complementarios de la potencia adecuada. Por ello, los amplificadores de potencia que trabajan en clase AB se diseñan muchas veces mediante la técnica casicomplementaria de dos etapas. Estos amplificadores constan de dos etapas: la primera, para la entrada, emplea transistores complementarios de baja potencia con las bases en paralelo. La segunda etapa, la de salida, emplea transistores de potencia iguales y conectados en serie. Un esquema básico de dicho montaje es el de la Figura 10. Figura 10. A. P. Casi-complementario de dos etapas

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4.4. Montaje totalmente complementario de dos etapas para potencias de salida elevadas. Este se diferencia del anterior en que las dos etapas son complementarias. Ver Figura 11.

Figura 11. Montaje totalmente complementario de dos etapas

4.5 Aspectos prácticos en el diseño de amplificadores de potencia. Los circuitos básicos de amplificadores de potencia han quedado expuestos en los apartados anteriores; sin embargo, hay varias consideraciones prácticas que han de tenerse en cuenta y que se resuelven de distinta manera según el diseñador. •

REALIMENTACIÓN: Se dice que existe realimentación cuando se introduce parte de la señal de salida en la entrada. Hay dos tipos de realimentación; la realimentación es negativa cuando la señal realimentada está en oposición de fase con la señal original de entrada. La realimentación es positiva cuando la señal realimentada está en fase con la señal original de entrada. Las ventajas de realizar una realimentación negativa en un amplificador son: mejora de la distorsión, mejora de la respuesta en frecuencia, mejora del ruido interno producido por el amplificador etc. El principal inconveniente de realimentación negativa es que disminuye la ganancia. La realimentación positiva se usa menos en amplificación, pero cuando se realiza es con objeto de aumentar la ganancia de alguna etapa. Un ejemplo práctico de realimentación es el del amplificador de la Figura 12: •

Un lazo de realimentación positiva formado por C12, R20 y R21. Su cometido es aumentar la ganancia de la etapa complementaria (T7 y T8).

•

Un lazo de realimentación negativa, cuya red de realimentación está constituida por C11 y R18. La ganancia y la respuesta en frecuencia quedan fijadas por este lazo de realimentación.

Figura 12. Amplificador realimentado

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•


ESTABILIDAD TÉRMICA: Al aumentar la temperatura en un transistor éste conduce mejor, por lo que podría variar su corriente de polarización y por tanto su punto de trabajo. Normalmente para evitar esto se conecta una resistencia R2 llamada resistencia de estabilización tal y como se ve en la Figura 13. Típicamente la corriente a través de la resistencia de estabilización R2 es diez veces mayor que la corriente de base. Ambas corrientes, la de base y la de la resistencia de estabilización, han de pasar por la resistencia de polarización R1. Como la corriente de base es mucho menor que la corriente total a través de R1 las pequeñas variaciones de la corriente de base provocadas por variaciones de temperatura, provocan escasas variaciones de caída de tensión a través de R1 y R2. Cuando se emplean transistores de germanio, el problema se acentúa, pues como sabemos el germanio es más sensible a la temperatura que el silicio.

Vcc

R1 RC

T1

R2

RE

Figura 13. Estabilización térmica

Para evitar y proteger al transistor contra una posible avalancha térmica se conecta una tercera resistencia, RE en el emisor, como se muestra en la Figura13. RE introduce una realimentación negativa. Si por un aumento de temperatura aumenta Ic, aumenta VRE y por tanto aumenta VE, disminuyendo VBE, haciendo disminuir Ie e Ic. Otra forma de compensar laS variaciones de corriente debido al aumento de la temperatura se expresa en la Figura 14. Suponemos el transistor T1 montado en un radiador. El diodo D1 también estará cerca o sobre el mismo radiador, de forma que capte las variaciones de Vcc temperatura del radiador. Supongamos que la temperatura ambiente aumenta, un aumento de temperatura provocará una mayor corriente de fuga de colector, R1 que aparecerá como una deriva del punto de trabajo del transistor. Pero el RC diodo D1 (cuya caída de tensión suministra la polarización de base del transistor) capta también el incremento de temperatura. Su caída de tensión T1 disminuye, la polarización se reduce y como resultado, la corriente de reposo del colector se reduce a un valor cercano al normal. Resumiendo, al colocar un diodo sensible a la temperatura, el aumento de la corriente de fuga del colector D1 debida al aumento de la temperatura está compensado por una disminución similar de la corriente de colector debida a la caída de tensión de polarización, y así, la corriente de reposo de nuevo permanece casi normal. Figura 14. Protección térmica mediante un diodo

•

PROTECCIÓN CONTRA SOBREINTENSIDADES: Otra consideración práctica suele ser la inclusión de elementos de protección de los transistores de salida frente a posibles cortocircuitos en los terminales de salida del amplificador. La posible solución de colocar fusibles no es buena, ya que son demasiado lentos para proporcionar una protección segura. Un método es el reflejado en la Figura 15. Si se produce un cortocircuito accidentalmente (RL=0), y si está conduciendo T4, la caída de tensión en la resistencia de emisor RE aumentará llegando a superar la tensión de umbral del transistor limitador T3. En estas condiciones, T3 comienza a conducir, absorbiendo parte de la corriente de base del transistor de salida T4. esta disminución de la corriente de base provoca una disminución de la tensión de salida, por lo tanto, una limitación de la corriente total suministrada a la carga. Para proteger a T5 se emplea el transistor T1 en conexión con T2.

Figura 15. Limitación de la corriente frente a cortocircuitos a la salida

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•


ETAPAS DE SALIDA: Las configuraciones típicas más usadas a la salida de los amplificadores de potencia son las siguientes: o

Seguidor de emisor o colector común: Es la representada en la Figura 16. Es un amplificador típico clase A. Tiene elevada ganancia en corriente, elevada impedancia de entrada, baja impedancia de salida y ganancia de tensión próxima a la unidad. Se utiliza poco por su bajo rendimiento. Figura 16. Seguidor de emisor

o

Booster: Las etapas Booster buscan siempre un aumento adicional de ganancia de tensión (Booster de tensión) o de corriente (Booster de corriente) para un amplificador, con el propósito de que éste pueda atacar cargas que no podrían ser conectadas directamente por su elevado consumo. Un método común que permite un aumento de potencia de salida, y al mismo tiempo reducir la distorsión, es el empleo de un circuito denominado en puente o en H (Figura 17). En este caso, se trata de dos amplificadores idénticos que se excitan desfasados 180º por la misma señal de entrada. La señal de salida no se toma entre la salida del amplificador y masa, como es habitual, sino entre las salidas de los dos amplificadores (con lo que será flotante con respecto a masa). Se dispone así de una tensión máxima de salida dos veces mayor que en un montaje simple. Al doblarse la tensión, se hace cuádruple la potencia que alcanza. Por consiguiente, se dispone de una potencia dos veces superior a la que proporcionaría el amplificador (la tensión no cambia y lo que se dobla es la corriente).

Figura 17. Etapa Booster de dos amplificadores conectados en puente.

o

Darlington complementarios: Es posiblemente la etapa de salida más usual en equipos de elevada potencia. El darlington, como indica la Figura 18, contiene en su interior un transistor final, más un transistor excitador dotado de las correspondientes resistencias de polarización. La característica principal del darlington es su elevada ganancia en corriente. La ganancia en corriente del darlington es igual al producto de las ganancias de los dos transistores que lo integran, o sea:hFEtotal =hFE1. hFE2 Su funcionamiento en las etapas de salida es similar a cualquier otro transistor bipolar, o sea se colocan dos darlington uno PNP y otro NPN en montaje simétrico complementario para que cada uno amplifique un semiciclo de la señal de entrada aplicada a sus bases, y aparezca así una onda completa totalmente en la salida. Figura 18. Darlington.

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o

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MOSFET complementarios: Esta nueva tecnología está desplazando a las anteriores. La principal característica de los MOSFET de potencia es que la amplificación la realizan en tensión y no en corriente, (como lo hacían los transistores bipolares) y que tienen una elevada impedancia de entrada.

RED ZOOBEL: Un altavoz no es una carga puramente resistiva, sino que tiene una parte inductiva que puede ser motivo de oscilaciones no deseadas. Para compensar este término inductivo, de forma que el altavoz aparezca como una carga resistiva pura RL, se coloca e paralelo con el altavoz una resistencia Rz en serie con un condensador Cz (Figura 19).

Figura 19. Red Zoobel.

4.6. Funcionamiento de una etapa de potencia con elementos discretos. En la Figura 20 podemos observar un circuito de una etapa de potencia con elementos discretos. Vamos a describir el funcionamiento de las diferentes etapas que lo configuran. +54V

R9

R3 27K 28,5

R10

48V

1K

3K3

R12 T5 2N3055 220 R13 180

R4 4K7 C5 47uF/40V

25V C1

T3 BD137

C4

47 uF/40V R1 220K

28V

1N4148

3,8V

27V T1 BC149 ó BC549

220K

4,7uF/63V

R16 0,5 BC4 J1 T4 BD138

220K T2 BD137

ENT 1,4V

R6 1K2

1N4148

26V

C2 10 uF/25V

JP1

2200uF

D2 R8

R5 3K3

C6

C3

3,5V

R2 39K

R15 0,5 BC4

D1

T6 2N3055

0,5V

Z= 8 ohmios

0,9V

R7

R11

4K7

150

R14 180

Figura 20. Etapa de potencia con componentes discretos.

•

Control de volumen: Estará situado a la salida de preamplificador, y la señal existente entre el cursor central del potenciómetro de volumen y masa será la señal efectiva entregada a la entrada del amplificador de potencia.

•

Etapa preamplificadora de entrada: Está formada por el transistor T1, trabajando como amplificador en configuración de emisor común y clase A. Su misión consiste en elevar el nivel de tensión de la señal de entrada. La señal de entada se transfiere, a través de C1 que tiene la función de aislar la componente continua presente en la base de T1 de la fuente de señal aplicada a la entrada de la etapa de potencia. Las resistencias R1, R2 establecen un divisor de tensión que polariza en continua a la base de T1. La fuente de alimentación presenta ligeras variaciones de componente alterna como consecuencia de la tensión de rizado. Esta señal se hará presente en la base de T1, que la tomará como señal añadida de entrada y, por tanto, se verá amplificada junto

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con la señal de audio, presentándose ambas en el altavoz. Como la señal de rizado tiene una frecuencia de 100 Hz (usando rectificador de doble onda), ésta se considerará indeseable y presenta un ruido conocido como zumbido de red, que tendremos que eliminar. Para ello utilizaremos un dispositivo que elimine la componente alterna de rizado de la etapa preamplificadora de entrada. Esta misión la realizan R3 y C4, formando conjuntamente un filtro en π, con lo que el rizado primitivo de la fuente de alimentación se verá aún más reducido y sus efectos serán despreciables en la salida sobre la señal de audio. R4 es la resistencia de colector de T1. La señal amplificada en el colector de T1 es conducida a través de C3 a la base de T2. •

Etapa excitadora: Es otro amplificador en emisor común en clase A, formado por el transistor T2. Esta etapa realiza varias funciones, como amplificar la señal recogida en su entrada en tensión y suministrar la corriente de control suficiente a los transistores complementarios T3 y T4. La señal de salida de T2 queda aplicada a su carga, que está formada por R9, R10 y R12 que se encarga de establecer la diferencia de tensión aplicada entre las bases de T3 y T4 y, por consiguiente, la corriente de reposo de los transistores de salida. La misión del condensador C5, consiste en hacer trabajar a T2 prácticamente a corriente constante, incluso en la parte más positiva del semiperíodo de señal cuando el potencial de su colector se hace casi igual a la tensión de alimentación. D1 y D2 polarizan directamente los transistores T3 y T4 para que trabajen en clase AB, y su coeficiente de temperatura negativo aseguran una estabilidad térmica frente a variaciones de temperatura.

•

Etapa de potencia: El circuito de la etapa de potencia consta de un paso final formado por dos transistores idénticos T5 y T6, atacados por dos transistores complementarios, T3 y T4. Dado que T3 es NPN y T4 es PNP, es obvio que la pareja de transistores T3-T5 amplificará solamente el semiperíodo positivo de la señal, mientras que la pareja T4-T6 lo hará con el semiperíodo negativo. No obstante, estos dos semiperíodos se suman en el punto de unión entre las resistencias R15 y R16 (resistencias de estabilización térmica), de manera que en el altavoz, que toma la tensión de este punto común, hallaremos un período completo. Las resistencias R15 y R16 refuerzan la estabilidad térmica, ya que si la temperatura de T5 y T6 aumenta, también lo hacen sus corrientes de colector y, por tanto, de emisor, lo que provoca un aumento de las caídas de tensión en dichas resistencias y una disminución de la tensión baseemisor de ambos transistores. De esta manera se controla la corriente de colector y finalmente contribuye con D1 y D2 a la estabilidad térmica de la etapa de potencia. Hay que tener presente que la inclusión de las resistencias que refuerzan la estabilidad térmica, como la polarización de emisor-base proporcionada a los transistores T3 y T4, reducen la tensión máxima de salida. Esto se debe a que dicha polarización desplaza el punto de trabajo, reduciendo la excursión máxima de la señal de salida, que para cada transistor será menor que Vcc/2, ya que T3 y T4 trabajan en clase AB. Además, las resistencias que dan estabilidad térmica a T5 y T6 están en serie con el altavoz cuando conducen T5 o T6, lo que provoca que no toda la señal de salida se encuentre presente en la salida y es la causa de que se tenga que perder en ganancia para obtener una mayor estabilidad de funcionamiento.

•

Red de realimentación: Está compuesta por R8 conectada al punto de unión entre R15 y R16 . Debido a que la tensión de alimentación puede variar, la tensión de punto medio se puede desequilibrar. Al estar R8 conectada a la base de T2, este desequilibrio se manifiesta en todo momento en la base de T2 a través de R8 modificando el punto de trabajo de este transistor. A través de la tensión en colector de T2 se compensa dicha variación sobre los transistores de la etapa final de potencia y la tensión del punto medio. R8 produce realimentación negativa de corriente continua ya que parte de la señal de salida se reinyecta a la entrada para provocar una reacción del circuito que compense cualquier variación en dicha salida. Supongamos un eventual aumento de la tensión de punto medio (unión entre R15 y R16 ). Ello implica un incremento de la tensión de base de T2 que, al aumentar su polarización base-emisor, hace disminuir su tensión VCE al conducir más, con lo que la polarización de base de T4 se hace más negativa y éste conducirá mejor, disminuyendo así su tensión entre emisor-colector y, con ello, aumenta la caída de tensión en R14. Queda así ésta aplicada a la unión base-emisor de T6 que lo lleva a conducir más, reduciendo su tensión entre emisor-colector y, por tanto, la tensión de punto medio, compensado así el eventual aumento sufrido en la tensión del punto medio.

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5. AMPLIFICADORES MONOLÍTICOS.

DE

POTENCIA

CON


CIRCUITOS

INTEGRADOS

La palabra monolítico procede del griego “monos” que significa “único” y “lithos” que significa “piedra”. Es decir, un circuito monolítico se construye sobre un bloque único. Existen multitud de circuitos integrados como amplificadores de potencia. En un principio nosotros distinguiremos entre amplificadores finales de pequeña potencia (0,3 W y 5W) suficiente para activar un altavoz y circuitos integrados para amplificadores de alta potencia entre 6 y 70 W. •

Amplificador de baja potencia con circuito integrado monolítico.

En la Figura 21 se ha representado el esquema de un amplificador de pequeña potencia con el circuito integrado LM386. Como se puede observar el circuito es muy simple. Al altavoz se conecta a través de un condensador electrolítico C2. R1 hace la función de control de volumen, C1 desacopla la fuente de alimentación para las señales de radiofrecuencia. El conjunto de R2 y C3 es la red de Zoobel. El circuito tiene una alimentación que puede oscilar entre 4 y 12 v. Figura 21. Amplificador de pequeña potencia con LM386

•

Amplificador de potencia estéreo con LM2878:

Está representado en la Figura 22. Corresponde a un amplificador estereofónico de los que hemos considerado de alta potencia, que alimentado con una tensión de 28 V, proporciona 8W por canal. Cada uno de los dos amplificadores que trae el circuito integrado tiene una ganancia en tensión de 200.

Figura 22. Amplificador estéreo de 8+8W con el LM2878

•

Amplificador en puente de gran potencia con el TDA2030.

Es un amplificador que da unos 24 W y está formado por dos circuitos integrados TDA2030 montados en puente (Figura 23), es decir, los terminales del altavoz, están conectados a la salida de un integrado por un lado y a la salida del otro por el otro lado. En este circuito la alimentación es simétrica de +14V y –14V con respecto a masa

Figura 23. Amplificador en puente de 24 W con TDA2030

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6. AMPLIFICADORES DE POTENCIA CON CIRCUITOS INTEGRADOS HÍBRIDOS. Los circuito integrados monolíticos presentan algunos inconvenientes: A la hora de la fabricación se encuentra gran dificultad al intentar integrar dispositivos tan dispares como los condensadores, diodos zener, transistores, etc. Otro problema es la disipación del calor, ya que las pastillas de silicio son tan pequeñas que el calentamiento interno que se produce a temperaturas relativamente bajas, acaban destruyéndolas. Por todo esto, la técnica ha creado una nueva tecnología orientada también a la miniaturización de los circuitos convencionales, pero con unas reglas bastantes diferenciadas. El producto así obtenido de esta tecnología es el Circuito Híbrido, que combina la integración de una serie de componentes pasivos (resistencias y condensadores) sobre un substrato aislante, con otros componentes discretos (integrados monolíticos, transistores, diodos, etc.), conectados todos mediante hilos, y el circuito entero está sellado con una empaquetadura de plástico. La interconexión y ensamblaje de estos circuitos encarecen el circuito híbrido y resulta menos fiable que el circuito integrado monolítico; sin embargo, pueden quedar equipados con mejores componentes, y permiten un mejor control sobre los valores precisos de los componentes. Su principal y gran ventaja es que pueden trabajar con potencias y frecuencias a niveles no alcanzables con los circuitos integrados monolíticos (ver Figura 24).

Figura 24. Aspecto externo de un circuito integrado híbrido.

•

Amplificador de potencia con circuito integrado híbrido LM12

Este circuito integrado híbrido es capaz de gobernar potencias de pico de hasta 500 W. Su máxima corriente de salida está cercana a los 10 A. Tiene un encapsulado TO-3. Un circuito con el LM12 como amplificador para audio de 150 W es el de la Figura 25.

Figura 25. Amplificador de 150 W con circuito integrado híbrido LM12. Derecha: Encapsulado del LM12.

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7. CARACTERISTICAS Y PARÁMETROS DE UN AMPLIFICADOR DE AUDIO. 7.1 Sensibilidad de entrada (Input Sensitivity). La sensibilidad de entrada es el mínimo nivel de tensión de entrada capaz de excitar al amplificador para que éste entregue su (máximo) nivel de potencia en la salida sobre la carga indicada por el fabricante. Cuanto más baja sea la citada magnitud, más elevada será la sensibilidad de entrada. Se distinguen, en general, tres niveles de sensibilidad de entrada: • • •

Muy bajo nivel. Se encuentran dentro de este margen las señales entregadas por las cápsulas de bobina móvil (0,1 a 0,2 mV). Bajo nivel. Es el entregado por el resto de cápsulas magnéticas y micrófonos dinámicos (1 a 10 mV). Alto nivel. Corresponde al nivel de señal entregado por sintonizadores, magnetófonos, cassettes, audio TV/VCR y los lectores de CD (150 a 250 mV).

Este dato no aparece de forma aislada, sino que va íntimamente ligado a la impedancia de entrada y se suele indicar en mV o dB. Por ejemplo: un amplificador que entrega 150 W sobre una carga de 8 Ω y tiene una sensibilidad de entrada de 0,7 V = 0 dB nos indica que este nivel es idóneo para desarrollar los 150 W sobre la carga indicada.

7.2 Impedancia de entrada (Input Impedance) Cada una de las diferentes entradas de señal del amplificador presenta una impedancia distinta que varía según el transductor electroacústico utilizado. Dado que la impedancia está íntimamente vinculada a los niveles de señal de entrada, es preciso que ambas sean las adecuadas, para poder excitar con la máxima potencia al amplificador. Los fabricantes de equipos de alta fidelidad proporcionan en sus catálogos técnicos estos datos de manera conjunta. Para que exista la mayor transferencia de potencia desde la fuente reproductora o salida a la entrada del preamplificador, debe existir adaptación de impedancias entre ambas. Cuando no hay adaptación, lo único que puede ocurrir es que no obtengamos el máximo rendimiento del amplificador. La adaptación de impedancias es la idónea cuando la impedancia de la fuente sonora es igual a la impedancia de entrada del amplificador. Para entenderlo mejor, podemos observar la Figura 26. Normalmente se presentan los dos parámetros unidos (impedancia y sensibilidad de entrada), por ejemplo: -10dB/1OO kΩ, o 2,5 mV/ 47kΩ. En la Tabla 1 aparecen las distintas sensibilidades e impedancias de entrada características de diferentes fuentes reproductoras, así como los niveles de señal e impedancia de salida.

Figura 26. Ejemplo de adaptación de impedancias y transferencia de potencia.

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7.3 Nivel de salida (Output voltage) El nivel de salida hace referencia a los tres niveles de tensión de salida posibles en un amplificador: •

Salida del preamplificador.

•

Salidas de grabación.

•

Salida de auriculares. ALTA SENSIBILIDAD Sensibilidad Impedancia

Fuente Cápsula magnética (MM) Cápsula de bobina móvil (MC) Micrófono baja impedancia Micrófono alta impedancia

47 – 100 kΩ 300pF < 600 Ω 300 – 600 Ω 47 – 51 kΩ máx.

Resp. Frecuencia Corregida RIAA Corregida RIAA lineal lineal

BAJA SENSIBILIDAD Sensibilidad Impedancia

Fuente Auxiliar, tuner, magnetófono TV / VCR, DCC Compact disc

Salida

1,5 - 3 mV 0,15 – 0,3 mV 1 – 0,3 mV 2 – 8 mV

100 – 500 mV 150 mV 1–3V

47 – 100 kΩ > 20 kΩ 47 – 100 kΩ

lineal lineal lineal

NIVEL DE LAS SEÑALES DE SALIDA Sensibilidad Impedancia

Norma DIN (Tape Rec) Norma RCA (Tape Rec) Headphones Salida preamplificador (pre-out)

0,1 a 2 mV 100 a 284 mV 350 mV – 3 V 500 – 1450 mV

Por cada kΩ de entr. 47 – 100 kΩ 8 – 2500 Ω 47 kΩ

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Tabla 1. Sensibilidades, impedancias y niveles de salida de diferentes fuentes de señal.

7.4 Nivel de saturación de las entradas (Overload voltage) Indica cuál es el máximo nivel de señal que puede aplicarse a cada entrada sin que el amplificador se sature y, por tanto, distorsione, es decir, sin que deforme la señal de salida. En la Figura 27 podemos ver representado el resultado que produce el efecto de la saturación. Las entradas de CD son las más críticas en este sentido debido a su elevado margen dinámico (diferencia de nivel entre las señales más débiles y las mas elevadas), por lo cual, si se desea tener un buen nivel de dinámica y que éste no se vea limitado por las características de la entrada del amplificador, el nivel de saturación mínimo debe situarse alrededor de 100 mV. Figura 27. Efecto de saturación.

7.5. Ganancia de tensión Es la relación existente entre el nivel de tensión aplicado a la entrada y la tensión obtenida a la salida. Se suele expresar en decibelios: Av = 20 log (Vs/Ve).

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7.6. Ecualización RIAA Cuando se realiza la grabación de un disco de vinilo se procede a realzar las señales de frecuencias elevadas y a atenuar las frecuencias bajas (debido a las limitaciones y características de estos) de acuerdo con una norma prefijada y normalizada universalmente, denominada RIAA (Recording Industries Association of America, ver Figura 28). Cuando se toma la información grabada de un disco es necesario hacer una reconversión al sonido original. Para ello se sigue el proceso complementario al realizado en la grabación, que consiste en realzar las frecuencias bajas (graves) y atenuar las altas (agudos). Esta transformación recibe el nombre de ecualización. En relación con la ecualización dada por los fabricantes en la curva RIAA, aparece en los equipos el porcentaje de error o separación que dicha curva difiere de la curva ideal RIAA. Pueden considerarse como valores aceptables variaciones inferiores a ± 0,5 dB sobre la curva normalizada (0,5 dB equivale a un error de un 6 por 100).

7. 7. Margen de actuación de los controles de tono (Tone control contour) Es un dato informativo sobre los niveles de realce o atenuación que se pueden obtener sobre una banda de frecuencias determinada. Un ejemplo de esta actuación lo podemos ver representado en la Figura 29. El margen de realce o atenuación se da en ±XdB, siendo normal en equipos de buena calidad un margen de ±10 dB.

Figura 28. Curva de corrección RIAA de reproducción.

Figura 29. Margen de actuación de los controles de tono.

7.8. Características del compensador acústico (loudness) El nivel de realce de las frecuencias extremas del espectro de audio de graves y de los agudos que introduce el compensador acústico viene dado por los fabricantes para un valor establecido del nivel de volumen. No se pueden dar unos valores exactos de actuación de este control, dadas las diversas circunstancias que inciden en su utilización, por lo que cada fabricante aporta sus propios criterios. Un ejemplo de ello es loudness: (+ 6 dB) ± 2 dB, volumen ≤ 40 dB en 100 Hz.

7.9. Características de actuación de los filtros (filters) En cuanto a los filtros de graves y de agudos, la característica más importante que debemos conocer es la frecuencia o banda sobre la que actúan y la pendiente de actuación. Esta última va a condicionar en gran medida su eficacia. Los fabricantes entregan normalmente estas características en dB/octava, siendo valores satisfactorios los de 6 dB/octava en la banda de graves y de 12 dB/octava en la banda de agudos.

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7.10. Respuesta de frecuencia (Frequency response) Un amplificador debe amplificar uniformemente todas las señales del espectro de audio, sin picos ni valles, consiguiendo que la respuesta a las diferentes frecuencias se sitúe totalmente plana en todo momento, circunstancia que es difícil de obtener en la práctica habitual. Para que dicho dato sea significativo suele venir acompañado por la desviación en ± dB que experimenta la curva de respuesta con respecto a su valor medio (0 dB) para una frecuencia de 1 kHz. La respuesta en frecuencia debe cubrir todo el espectro de audiofrecuencia, comprendido entre 20 Hz y 20 kHz. En ocasiones puede llegar a duplicarlo, según podemos observar en la Figura 30. Figura 30. Curva de respuesta en frecuencia de un amplificador de audio.

7.11. El nivel de atenuación del silenciador (muting) Nos indica a qué nivel ha sido atenuada la señal de salida. Se expresa en dB y son normales valores de -15 o -20 dB. Suele utilizarse cuando deseamos bajar el nivel del volumen sin actuar sobre éste. Por ejemplo, ante una llamada telefónica. De esta manera no hemos tocado el mando de volumen, y al volver el mando de muting a la posición off tendremos el mismo nivel sonoro que al principio .

7.12 Relación señal-ruido (Signal to noise ratio) La relación entre la señal de audiofrecuencia deseada y la amplitud de los ruidos residuales indeseados producidos por el amplificador, con el mando de control de volumen al máximo y los controles de tono en su posición central y normalmente con la entrada seleccionada cortocircuitada, se denomina relación señal-ruido. Esta relación se indica en decibelios y deben facilitarse los valores para cada una de las entradas seleccionadas del sistema. Un amplificador será tanto mejor cuanto mayor sea la relación señal-ruido, es decir, cuanto más alto sea el cociente entre la señal útil y la señal de ruido o indeseada, por lo que el ruido de fondo será menor. Un ejemplo de la relación señal-ruido expresada en dB aparece a continuación: Phono MM 73 dB, Tuner, tape, auxiliar y CD 97 dB, Micro 64 dB, Amplificador de potencia 94 dB.

7.13. Potencia de salida (Power output) Es la potencia nominal máxima que puede suministrar el amplificador a una carga determinada. Puede venir dada de varias formas: vatios musicales, potencia continua, vatios pico a pico, etc. La forma más correcta de expresarla consiste en indicar los vatios desarrollados sobre una impedancia nominal determinada (altavoz), señalando la respuesta de frecuencia y sin sobrepasar el porcentaje de distorsión armónica prefijado. Normalmente, para designar la potencia los fabricantes utilizan todas o alguna de las especificaciones que se explican a continuación. 7.13.1. Potencia continua RMS (Root Mean Square – continuous power) La potencia continua, también llamada potencia eficaz o RMS, constituye la forma más exacta y precisa de facilitar la potencia de un amplificador. Podemos determinar la potencia de salida continua o RMS como aquella salida suministrada continuamente que se realiza con las dos etapas simultáneamente excitadas (en un equipo estéreo) sobre una impedancia de salida determinada, dentro del valor de una banda de frecuencias sobre la que se mantiene dicha potencia considerablemente constante y para una distorsión armónica total indicada. Así, queda definida por la fórmula:

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2

 Vpout    2 2 2  (Veff ) (Vrms )  = = Prms = Rl Rl Rl donde Prms es la potencia de salida eficaz en vatios, Vpout es la tensión de pico sobre la impedancia del altavoz en voltios, Rl es la impedancia del altavoz o de las pantallas acústicas en Ω y Veff es la tensión eficaz en extremos del altavoz. La potencia RMS de un amplificador podrá expresarse de la siguiente manera: 2 * 50 W, 1 kHz, 8 Ω ≤ 0,009 por 100 THD (donde THD es la distorsión armónica total). 7.13.2. Potencia musical de salida o MPO (Music Power Output) La potencia musical indica la potencia máxima que puede proporcionar un amplificador, antes de producir una distorsión armónica determinada, en impulsos breves de tiempo, es decir, en períodos tan cortos que la tensión de alimentación no descienda sensiblemente por debajo de su valor nominal con y sin señal aplicada. Por otra parte, la medida debe realizarse con ambos canales en funcionamiento y ha de expresarse el valor total de potencia en ambos canales. Este factor depende en gran medida de la resistencia interna de la fuente de alimentación del aparato. Ésta se debe a que la potencia proporcionada por un amplificador depende de la tensión de alimentación. La potencia máxima desarrollada durante los breves períodos de tiempo consume gran cantidad de potencia de la fuente de alimentación, la cual deberá encontrarse dimensionada para estos esporádicos y eventuales picos de potencia. Por tanto, se puede considerar que en los amplificadores sin fuente de alimentación estabilizada, la potencia continua es menor que la potencia musical. Generalmente, podemos considerar la potencia musical siempre mayor que la potencia continua, y dar una idea de la capacidad del amplificador para producir picos de volumen transitorios durante breves períodos de tiempo. Suele estar comprendida entre 1,5 y 2 veces el valor de la potencia RMS, según indica la siguiente fórmula:

 S  (Veff ) Pmpo= Prms× vo  = Rl  Svr  2

2

2

S  × vo   Svr 

donde Pmpo es la potencia de salida musical, Prms es la potencia eficaz, Svo es la tensión de alimentación a mínimo volumen (mínimo consumo de intensidad de la fuente de alimentación y, por tanto, máxima tensión de salida de ésta) y Svr es la tensión de alimentación para la salida de potencia RMS especificada. El factor (Svo/Svr) depende de la resistencia interna de la fuente de alimentación del aparato. Un ejemplo entregado por los fabricantes puede ser: Music power: 2 * 160 W MPO, +/- 1 dB, D ≤ l0 por 100. La potencia musical se conoce en ocasiones como potencia IHF, lo cual no siempre es correcto, pues rara vez se siguen las normas dictadas por el Institute of High Fidelity. 7.13.3. Potencia DIN. La potencia DIN sigue las normas dictadas por el Instituto Aleman de normativa. Estas normas establecen que la medida se efectúe sobre una carga de 4 ohmios de impedancia, con los dos canales funcionando y a una frecuencia de 1 KHz. Debe indicarse igualmente la distorsión armónica resultante en tales condiciones. El valor de la potencia DIN es, en general, muy superior al de la potencia continua. 7.13.4. Potencia de pico musical o PMPO (Peak Music Power Output) Es el máximo valor de potencia de salida factible sin ninguna restricción, ni en cuanto a la distorsión ni en cuanto al período de tiempo que debe mantenerse. Bajo estas condiciones, la señal de salida es una onda cuadrada que difiere bastante de la señal aplicada en su entrada. El valor de esta señal es muy difícil de medir, por lo que no entraremos en más detalles.

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7.13.5. Banda de potencia (power bandwidth) En los amplificadores, la curva de respuesta en frecuencia para la máxima potencia difiere de la obtenida con la mínima potencia. Dicho factor es muy importante, pues relaciona la respuesta en frecuencia con la potencia de salida (power bandwidth). Ésta indica el margen de frecuencias sobre el cual el amplificador puede mantener su nivel de salida, establecido con una caída de al menos 3 dB, y entregar un 70,7 por 100 de su potencia total, sin exceder de un límite de distorsión determinado. En general, los fabricantes dan a conocer este factor, bien representando la curva de banda de potencia en función de la frecuencia (Figura 31), o bien mediante una magnitud numérica (-2 dB de 20 Hz a 30 kHz, con una carga de 4 ohm y una distorsión armónica < 0,01 por 100). Figura 31. Curva de banda de potencia de un amplificador (power bandwidth)

7.14. Distorsión. Al reproducir o procesar un sonido hay que procurar que este sea lo más fiel posible al original, lo cual no siempre es posible, debido a los procesos dinámicos implicados en la reproducción de la señal y a la falta de linealidad de los equipos. Estas diferencias, por pequeñas que sean, son las que llamamos distorsión, que puede ser de varios tipos. 7.14.1. Distorsión armónica total (total harmonic distortion) Cuando a la entrada de un amplificador aplicamos una señal sinusoidal pura de 1 kHz, a la salida no sólo aparece dicha señal debidamente amplificada, sino otras cuyas frecuencias son múltiplos de la original o fundamental aplicada y que llamamos armónicos de la señal de entrada, que se sumarán a la señal original modificando su forma de onda. Esta deformación o distorsión se genera debido a que las características dinámicas de los dispositivos amplificadores (transistores, circuitos integrados, etc.) no son perfectamente lineales. Así, podemos definir la Distorsión Armónica Total (THD) como la proporción que representan todos los armónicos creados por el amplificador frente a la señal pura o fundamental tratada, expresada en porcentaje. La tecnología actual permite obtener magnitudes de distorsión armónica casi despreciables, del orden del 0,1 por 100 e inferiores. Un factor muy importante al valorar la distorsión armónica total es indicar que ésta varía con la potencia (disminuyendo al disminuir ésta) y con la frecuencia (aumentando al aumentar ésta. Por estos motivos resulta imprescindible conocer a qué nivel de potencia y frecuencia hemos medido la distorsión armónica total. Se consideran valores aceptables aquellos que se encuentran por debajo del 0,1 por 100 de la potencia nominal. Normalmente, en los equipos de alta calidad, el fabricante suele ofrecer los datos de la THD según los siguientes ejemplos: • •

100 W, 0,05 por 100 TDH, 1 kHz, 8 Ω. 80 w, 0,05 por 100 TDH, 20 Hz - 20 kHz, 8 Ω.

7.14.2. Distorsión de intermodulación (intermodulation distortion) La distorsión por intermodulación (IMD) se produce cuando a la entrada de un amplificador se aplican simultáneamente dos o más señales de diferente frecuencia. En la salida se obtienen no sólo las citadas ondas amplificadas y sus armónicos, sino que aparecen unas nuevas señales que son la suma y la diferencia en frecuencia de las dos aplicadas, y que no tienen que estar armónicamente relacionadas con las frecuencias de las señales que las producen, lo que hace que su efecto audible sea más desagradable.

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El nivel de distorsión aparece de la relación de estas señales con respecto a las señales originales, y se expresa en porcentaje. En la práctica, la distorsión de intermodulación se manifiesta en forma de batidos, producidos por la modulación que ejercen las señales más fuertes sobre las más débiles y de frecuencia diferente, contenidas en el material sonoro que circula por los circuitos del amplificador. El efecto de la intermodulación es más perceptible al oído que la distorsión armónica. Este factor, al igual que el anterior, se ve afectado también por la potencia, aumentando al incrementarse ésta. Son valores habituales en los equipos de calidad los de 0,1 por 100.

7.15. Impedancia de salida (Output impedance). La impedancia de salida de un amplificador ha de ser de igual valor que la impedancia del altavoz a él conectado, con el fin de obtener el máximo rendimiento del equipo. Si la impedancia de salida del amplificador es inferior a la impedancia del altavoz, la potencia de salida queda reducida, aunque se reduce la distorsión. Por el contrario, si la impedancia de salida del amplificador es superior a la impedancia del altavoz, o altavoces, se origna un aumento de la distorsión, e incluso existe el riesgo de destruir la etapa se salida por un exceso de carga. Los amplificadores tienen una impedancia de salida de 4 u 8 ohmios normalmente, aunque existen algunos con impedancias de 16 ohmios, pero nunca superiores.

7.16. El factor de amortiguamiento (Damping factor) El factor de amortiguamiento consiste en el efecto de amortiguar la resonancia de los conos de los altavoces de las pantallas acústicas, ya que éstos, después de producir una nota de un mensaje musical, tienden a permanecer en movimiento y pueden llegar a afectar a la siguiente nota musical contenida dentro del mensaje sonoro. Es decir, la capacidad o la habilidad del amplificador para amortiguar las vibraciones remanentes e indeseables que se producen en el altavoz después de haber usado la señal de excitación, ya que aquéllas generarán un sonido residual que se mezclará con el siguiente, sobre todo en los altavoces de graves, que son los que experimentan una mayor excursión en el desplazamiento de su cono, produciendo efectos no deseables y reduciendo los desplazamientos indeseados de los conos de los altavoces. Una salida de impedancia muy baja, que cortocircuite virtualmente los terminales del altavoz, puede amortiguar este efecto (Figura 32). El factor de amortiguamiento es la relación entre la impedancia de salida del amplificador y la impedancia nominal de las pantallas acústicas. Así, un factor de amortiguamiento de 100 sobre 8 Ω significa que la impedancia de salida del amplificador es 8/100, o sea, 0,08 Ω. Cuanto mayor es el factor de amortiguamiento, más alta es la calidad del amplificador. Aquél no depende sólo del amplificador, sino de las impedancias presentes en las pantallas acústicas. Un mismo amplificador con diferentes impedancias en sus pantallas acústicas varía notablemente el factor de amortiguamiento del equipo. Los valores normales entregados por los fabricantes son de 80, aunque rara vez se encuentran entre los datos facilitados por los fabricantes.

Figura 32. Efecto del factor de amortiguamiento sobre la señal de salida.

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7.17. Separación entre canales o diafonía (channel separation) En los equipos de audio estereofónicos, la separación entre los canales indica la influencia o la separación de la señal de un canal sobre el otro. Cuanto menor sea esta influencia, mejor será la separación entre canales y, por tanto, se obtendrá una amplificación de mayor fidelidad. Para conocer el valor de la separación entre canales se aplica una señal de 1 kHz con amplitud suficiente a uno solo de éstos y se mide la señal de salida en el canal contrario, que se supone sin señal (estéreo). La diferencia de niveles de las señales presentes en ambos canales es la separación entre canales. Se expresa en dB. Este concepto puede apreciarse en la Figura 33. Por todo lo expuesto, podemos considerar que cuanto mayor sea el valor de la separación de canales, mejor calidad tendrá el amplificador. Los fabricantes la pueden expresar de dos formas diferentes: como decibelios negativos con respecto a la señal causante (-50 dB), o como los decibelios de separación entre canales (50 dB).

Figura 33. Efecto de la diafonía.

8.- AVERIAS EN AMPLIFICADORES DE POTENCIA. Primero se debe recoger toda la información técnica posible sobre el equipo: manuales técnicos, esquemas, etc. Comprobaciones externas: en muchas ocasiones, la respuesta a la pregunta «¿Las conexiones y mandos del equipo están en buen estado?» soluciona algunas averías. Antes de abrir el equipo, comprobaremos si: — — — —

algún fusible puede estar fundido; la alimentación está mal conectada o defectuosa; los altavoces están mal conectados; alguna de las entradas (CD, sintonizador, etc.) está mal conectada.

Una vez realizadas estas comprobaciones, se puede proceder a abrir el equipo y realizar las siguientes comprobaciones: A. Exploración visual para comprobar si hay: • • • • •

Cables o componentes rotos. Objetos extraños, como clips o tornillos, cortocircuitando componentes o pistas del circuito impreso. Componentes quemados. Pistas del circuito impreso quemadas o rotas. Terminales de componentes doblados y en contacto entre sí.

B. Observación de alguno de los siguientes síntomas: •

Ausencia de señal de salida:

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— Fallo en la fuente de alimentación — Altavoces defectuosos — Etapa amplificadora defectuosa • Señal de salida débil: — Entrada de la fuente de señal baja — Altavoces defectuosos — Etapa amplificadora con baja ganancia •

Distorsión o ruido en la salida: — Zumbido — Sonido de frotación — Ruido constante

1. Fallo en la fuente de alimentación •

Con el esquema de la fuente de alimentación comprobar su buen funcionamiento.

2. Altavoces defectuosos Para comprobarlos se puede hacer una de estas operaciones: • •

Desconectar el altavoz y conectarle durante un instante una pila de 1,5 V, o el polímetro en la escala de resistencias, para comprobar si emite un pequeño sonido. Si es así, el altavoz está bien. Sustituir el altavoz por otro de las mismas características.

3. Etapa amplificadora defectuosa Se debe reducir el problema a una etapa. Para ello, podemos seguir alguno de estos métodos: •

•

Introducir una señal de prueba, con un generador de señal (ajustado a 1 kHz y con la mínima amplitud necesaria para no sobreexcitar el equipo) en la entrada del amplificador y comprobar con el osciloscopio la presencia de señal en la salida de cada una de las etapas. La etapa defectuosa no presentará señal en su salida. Inyectar una señal de prueba en la entrada de la última etapa y comprobar si el altavoz recibe señal. Si es así la etapa está bien y se procederá a realizar la misma operación de la etapa previa. Así sucesivamente, hasta encontrar la etapa defectuosa.

Una vez detectada la etapa defectuosa, se procederá a su reparación .

4. Entrada de la fuente de señal baja Si se está comprobando el equipo con alguna de sus fuentes de señal habituales (CD, sintonizador, etc.), es posible que esté defectuosa. Probar con otra fuente o con el generador de señal. 5. Etapa amplificadora con baja ganancia Una o varias etapas proporcionan una ganancia menor de la especificada. Consultar los esquemas y manuales de referencia y comprobar los niveles de señal en los diferentes puntos de prueba. Si el amplificador es estéreo, hay dos circuitos idénticos, uno en cada canal: se pueden comparar las señales de uno y otro hasta dar con la etapa de baja ganancia.

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6. Zumbido Puede ser provocado por un filtrado defectuoso de la fuente de alimentación. También lo puede producir una rotura de una conexión a masa o de un cable apantallado: comprobar los apantallamientos, conexiones a masa y blindajes. 7. Sonido de frotación Potenciómetros de control (volumen, tono, etc.) defectuosos. Sustituirlos. 8. Ruido constante Transistor o circuito integrado defectuoso. Ir a la posición 3.

9. EJEMPLOS DE AMPLIFICADORES Y ETAPAS DE POTENCIA COMERCIALES.

Amplificador Monoaural MA25T

Amplificador Monoaural MA60CR con casete y radio FM

Amplificador Monoaural MA65 Con alimentación Phatom y rpioridad

Amplificador Monoaural FDC 1805, con reproductor de CD, radio digital de AM/FM y prioridad

POTENCIA: 30 W máximo. 15 W RMS. RESPUESTA: 50-15.000 Hz ± 3 dB. DISTORSIÓN ARMÓNICA: Inferior al 2% a 1 KHz. ENTRADAS: 2 micros 600-20.000 5 mV. 1 auxiliar 10-50.000 100 mV. CONTROLES TONO: ± 10 dB 100-10.000 Hz. CONTROLES VOLUMEN: MIC 1, MIC 2 y AUX. IMPEDANCIA SALIDA: 4-8-16 y línea alta Z 100 V. SOPORTES: Ángulos para montaje en móvil incluidos. ALIMENTACIÓN: 230 V CA y 12 V CC. POTENCIA: 60 W máximo. 40 W RMS. RESPUESTA: 50-15.000 Hz ± 3 dB. DISTORSIÓN ARMÓNICA: Inferior al 2% a 1 KHz. ENTRADAS: 2 micros 600-20.000 4 mV. 1 auxiliar 10.000 100 mV. CASSETTE: Reproductor auto-reverse. CONTROLES TONO: Graves: ± 10 dB a 100 Hz. Agudos: ± 10 dB a 10.000 Hz. CONTROLES VOLUMEN: MIC 1, MIC 2, AUX y Cassette y Radio IMPEDANCIA SALIDA: 4-8-16 y línea alta Z 100 V. ALIMENTACIÓN: 230 V CA y 12 V CC. POTENCIA: 65 W máximo. 45 W RMS. RESPUESTA: 100-15.000 Hz ± 3 dB. DISTORSIÓN ARMÓNICA: Inferior al 1% a 1 KHz. ENTRADAS: 2 micros balanceados Cannon/jack 600 1 mV 1 micro desbalanceado jack 300/600 2 mV con prioridad. 2 auxiliares 47.000 75 mV conmutables. 2 auxiliares CD/TUNER/TAPE/AUX, nivel seleccionable. 1 main in 10.000 1V. 1 “Tel. Paging” 600 100-300 mV. SALIDAS: 1 auxiliar 50.000 320 mV. 1 pre-out 600 1V. CONTROLES TONO: Graves: ± 10 dB a 100 Hz. Agudos: ± 10 dB a 10.000 Hz. CONTROLESVOLUMEN: Entradas 1-3 micros, AUX 1, AUX 2 y volumen general. ALIM. PHANTOM: 24 V en micros 2 y 3. PRIORIDAD: Micro 1 sobre otras entradas. IMPEDANCIA SALIDA: 4 y líneas alta Z 100, 70 y 25 V. ALIMENTACIÓN: 230/115 V CA y 24 V CC. POTENCIA: 180 W máximo. 120 W RMS. RESPUESTA: 50-15.000 Hz ± 3 dB. DISTORSIÓN ARMÓNICA: Inferior al 1% a 1 KHz. ENTRADAS: 4 micros balanceados 600 2 mV. 1 micro desbalanceado 600 2 mV con prioridad. 2 auxiliares: AUX 1 20.000 100 mV. AUX 2 10.000 200 mV. 1 main in 4.700 650 mV. SALIDAS: 1 auxiliar 50.000 320 mV. 1 pre-out 600 1 V. CONTROLES TONO: Graves: ± 10 dB a 100 Hz.

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Amplificador Monoaural MA460 BZ, Con alimentación Phantom , prioridad y selección de 5 zonas.

Etapa de potencia FS2065E

Etapa de potencia FS 2240 E

_____ Tema nº 9: Amplificadores de Potencia Agudos: ± 10 dB a 10.000 Hz. CONTROLES VOLUMEN: Micros 1-4, CD/AUX 1, AUX 2, radio y volumen general. COMPACT DISC: Reproductor de compact disc. SINTONIZADOR: AM/FM digital con presintonías. PRIORIDAD: Micro 1 sobre CD, radio y entradas auxiliares. IMPEDANCIA SALIDA: 4-8-16 y líneas alta Z 100 y 70 V. ALIMENTACIÓN: 230/115 V CA y 24 V CC. POTENCIA: 460 W máximo. 360 W RMS. RESPUESTA: 50-15.000 Hz ± 3 dB. DISTORSIÓN ARMÓNICA: Inferior al 2% a 1 KHz. ENTRADAS: 4 micros balanceados Cannon/jack 600 3 mV. 4 auxiliares 47.000 100 mV, conmutables. 1 auxiliar CD/TAPE/TUNER/AUX, nivel seleccionable. 1 main in 10.000 1 V. 1 “Tel. Paging” 600 200-300 mV. SALIDAS: 1 auxiliar 50.000 320 mV. 1 pre-out 600 1 V. 1 monitor 1 W 8 . (entrada AUX). CONTROLES TONO: Graves: ± 10 dB a 100 Hz. Agudos: ± 10 dB a 10.000 Hz. CONTROLES VOLUMEN: Entradas 1-4 Micros, AUX y volumen general. ALIM. PHANTOM: 24 V en micros 2 y 3. PRIORIDAD:Micro 1 y “Tel. Paging” sobre otras entradas. SELECTOR ZONAS: 5 zonas de altavoces seleccionables. IMPEDANCIA SALIDA: 4 y línea alta Z 100 Y 70 V. ALIMENTACIÓN: 230/115 V CA y 24 V CC. POTENCIA: 90 W máximo. 60 W RMS. RESPUESTA: 50-18.000 Hz ± 2 dB. DISTORSIÓN ARMÓNICA: Inferior al 1% a 1 KHz. ENTRADA: 1 a 600 con 100 mV, 500 mV y 1 V, seleccionable. SALIDA: 1 auxiliar 600 1 V. CONTROL VOLUMEN: Volumen general. IMPEDANCIA SALIDA: 8 y líneas alta Z 100 y 70 V. ALIMENTACIÓN: 230 V CA y 24 V CC. POTENCIA: 360 W máximo. 240 W RMS. RESPUESTA: 50-18.000 Hz ± 2 dB. DISTORSIÓN ARMÓNICA: Inferior al 1% a 1 KHz. ENTRADA: 1 a 600 con 100 mV, 500 mV y 1 V, seleccionable. SALIDA: 1 auxiliar 600 1 V. CONTROL VOLUMEN: Volumen general. IMPEDANCIA SALIDA: 8 y líneas alta Z 100 y 70 V. ALIMENTACIÓN: 230 V CA y 24 V CC.

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Tema nº 10: Mezcladores

Equipos de Sonido

Mezcladores 1. INTRODUCCIÓN. La mesa de mezclas es un dispositivo que además de hacer la función de preamplificador, permite realizar la combinación de varias fuentes de sonido (micrófonos, pletinas, platos, lectores de CD, instrumentos musicales electrónicos, etc.), de modo que se obtiene una señal compuesta, resultando del volumen seleccionado para cada entrada. En la Figura 1 se ve un mezclador de 4 entradas, donde después de preamplificar las señales de entrada son mezcladas mediante un circuito sumador y las conduce a la salida con el nivel deseado.

Figura 1. Diagrama de una mesa de mezclas.

Un mezclador dispone de tantos preamplificadores como entradas, y están diseñados de acuerdo con las impedancias y ganancias que se necesiten en función del tipo de fuente de sonido, y siguiendo los mismos criterios que para los amplificadores. Las entradas de una mesa pueden ser monofónicas o estereofónicas. Cada entrada dispondrá de su correspondiente control de nivel de volumen en la etapa preamplificadota. La mayoría de los mezcladores tienen un volumen de salida general, denominado MASTER, y según el tipo de mesa, podrá disponer, además, de un número variable de salidas con sus correspondientes controles de nivel para atacar a varias etapas de potencia, y sus correspondientes sistemas de altavoces (Figura 2).

Figura 2. Mesa mezcladora con tres salidas.


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2. CIRCUITO MEZCLADOR. El circuito básico que caracteriza a los mezcladores de audio es el circuito sumador con amplificador operacional que se encarga de combinar las diferentes señales de entrada y las encamina hacia una sola salida. El circuito sumador de la Figura 3 proporciona a la salida una tensión que es proporcional a la suma de las tensiones de entrada. En este circuito modificando los valores de las resistencias de entrada se puede amplificar cada entrada con un nivel apropiado a la fuente de sonido que se desea mezclar. R

Ve1

Ve2

Vex

R1

+Vcc

U1

R2 Rx

+ Vs

-Vcc

Figura 3. Mezclador con amplificador operacional

En este circuito se demuestra que la tensión de salida es:

Vs = V1

R R R + V2 + ..... + V x R1 R2 Rx

Jugando con los valores de las resistencias se puede amplificar, más o menos, cada una de las tensiones de entrada. Si todas las resistencias son iguales, entonces la salida es la suma de todas las entradas: Vs= V1+V2 + ….+Vx Cuando lo que se desea es mezclar sólo las componentes alternas procedentes de distintas fuentes, basta añadir, en serie con cada una de las entradas del mezclador unos condensadores de capacidad adecuada, y si además queremos una alimentación sencilla utilizaremos el circuito de la Figura 4.

Figura 4.Mezclador de señales alternas con A.O y alimentación sencilla.


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En este circuito C2, C2 y C3 se utilizan para bloquear la componente continua de la fuente de alimentación para que no pase hacia las fuentes generadoras de señal. C5 y C6 son filtros para la fuente de alimentación. R5 y R6 son de igual valor que forman un divisor de tensión para conseguir que el amplificador operacional trabaje con alimentación sencilla. En la Figura 5 se muestra un circuito sumador (mezclador), al que se le ha añadido un potenciómetro de entrada a cada uno de los canales de entrada, para regular el nivel de la señal de cada fuente de sonido, y un amplificador operacional para cada una de las entradas en configuración denominada (seguidor de tensión). Este seguidor de tensión lleva una ganancia igual a la unidad. En principio dicho circuito no tiene ventaja alguna, sin embargo presenta una impedancia muy elevada a su entrada, de esta manera se obtiene a la entrada de cada canal una impedancia constante, con independencia de la posición de cada uno de los potenciómetros, cosa que no ocurría con el circuito anterior. La impedancia de entrada para cada canal, coincide con el valor del potenciómetro ajustable que tiene a su entrada. En este circuito los condensadores del C1, C2, C3, C4, C5, C6, se usan para bloquear la componente continua de la alimentación. C7 y C8 son filtros de la fuente de alimentación. R5 mejora las características del amplificador desde el punto de vista del ruido, aunque su valor no es crítico se aconseja que sea igual a la suma en paralelo de las resistencias conectadas en las entradas, es decir:

R5 = Ve1 P1

C1

-

R1R 2 R3 R1R 2 + R1R3 + R 2 R3

U1

C4

R4

R1

+

+Vcc

C8

Ve2 P2

C2

-

U2

C5

R2

U4 -

+ R5

Ve3

+ Vs C7

P3

C3

-

U3

C6

R3

-Vcc

+

Figura 5. Mezclador de 3 entradas

2.2. Diseño de un Mezclador de tres entradas. Se pretende diseñar un circuito mezclador de tres entradas similar al de la Figura 6 con las siguientes características:

Entrada 1 2 3

Nivel de salida

Impedancia de salida

8 mV 1V 500 mV

50 KΩ 100KΩ 47 KΩ

Fuente de sonido Micrófono Compact disc Sintonizador de FM

_____________________________________________________________________________ MVA 10 - 3

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Figura 6. Mezclador de 3 entradas (micro, CD y sintonizador).

La entrada de micrófono estará dotada de un preamplificador de ganancia 100. La salida del mezclador será como máximo de 3 V cuando todas las fuentes de sonido estén conectadas a la vez y se deje pasar la máxima señal de cada una de ellas. Si cualquiera de las fuentes de sonido está conectada sola al mezclador, éste proporcionará como máximo a su salida 1V. Entrada 1: Micrófono Preamplificador para el micrófono con el circuito integrado U1: Establecemos un valor de R1 = 680KΩ

Av =

R1 R2

100 =

680 R2

R2 =

680 = 6,8KΩ 100

V’e1 = 8 mV Vs1=Ve1=8mVx100 = 0,8 V Vs= 1 V Establecemos un valor de R4 = 100KΩ

Vs R 4 1 = = Ve1 R3 0,8 R3 = 0,8 × R 4 = 0,8 × 100 = 80 KΩ Av1 =

Normalizamos con una resistencia de 82 K. P1= 50 KΩ logarítmico

_____________________________________________________________________________ MVA 10 - 4

Equipos de Sonido

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Entrada 2: Compact disc Ve2 = 1 V Vs= 1 V

Vs R4 1 = = Ve2 R5 1 R5 = 1 × R 4 = 1 × 100 = 100 KΩ Av 2 =

P2= Impedancia de salida del Compact disc= 100 KΩ logarítmico.

Entrada 3: Sintonizador de FM Ve3 = 500 mV Vs= 1 V

Vs R 4 1 = = Ve3 R7 0,5 R7 = 0,5 × R 4 = 0,5 × 100 = 50 KΩ Av3 =

Normalizamos con una resistencia de 47KΩ P3= Impedancia de salida del Sintonizador FM= 47 KΩ logarítmico. Resistencia R6:

R5 =

82 × 100 × 47 R3R5 R 7 = = 23KΩ R3R5 + R3R7 + R5R7 82 × 100 + 82 × 47 + 100 × 47 Normalizamos con dos resistencias en serie de 22KΩ+1KΩ

Condensadores C1, C2 Estos condensadores tienen como misión bloquear la componente continua de la fuente de alimentación para que no llegue a las fuentes de sonido. Elegimos: C1=C2= 4,7 µF Condensadores C3, C4 y C5: Estos condensadores también tienen como misión bloquear la componente continua de la fuente de alimentación, y deben dejar pasar sin dificultad la señal alterna de las fuentes que queremos mezclar. Los calcularemos con la siguiente fórmula:

C=

1 2πRf min

donde C es la capacidad del condensador correspondiente a una entrada (en F), R es la resistencia de esa misma entrada (en Ω) y fmin es la frecuencia más baja que se desea amplificar (normalmente 20Hz).

C3 =

1 = 99nF 2πR3 f min

C4 =


C5 =


escogemos los valores normalizados de C3=100 nF, C4= 79nF, C5= 180nF

Circuitos integrados: Podemos escoger los amplificadores operacionales TL082 o 741.

_____________________________________________________________________________ MVA 10 - 5

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3. PARTES DE UNA MESA DE MEZCLAS GENÉRICA. 3.1 Entradas de Señal. Las diferentes fuentes de señal que introducimos en las entradas de una mesa de mezclas son tan diferentes que vamos a tener que adaptarlas convenientemente antes de tratarlas. En las mesas de mezclas se utilizan preamplificadores especializados para cada tipo de fuente de señal. Los parámetros que hay que tener en cuenta para definir la entrada de la mesa son: -

Conexión asimétrica (no balanceada) o simétrica (balanceada). Entrada monofónica o estereofónica. Entrada lineal o ecualizada (curva RIAA). Nivel de señal de entrada.

Se consideran varios tipos de entrada, según el nivel de señal que permiten (Figura 7): a) Entrada de MICROFONO (MIC): Tienen sensibilidades próximas a 1 mV, lo que requiere de preamplificadores de elevada ganancia. b) Entrada de LINEA (LINE): Tienen sensibilidades desde 10 mV a 150 mV (dependiendo de la mesa), y en ellas suelen conectarse los magnetófonos (Tape), sintonizadores de radio (Tuner), o lectores de CDs. Pueden tener un conmutador para seleccionar el canal como entrada de Línea o de micrófono. c) Entrada de giradiscos (PHONO): Tiene una sensibilidad similar a la entrada de micrófono (alrededor de 1mV), pero requiere un módulo preamplificador con la ecualización RIAA, por lo que no son intercambiables. Los preamplificadores de cada entrada estarán diseñados con una impedancia de entrada adecuada para cada fuente de sonido, con una ganancia ajustable mediante un control denominado GAIN o TRIM.

Figura 7. Diagrama de bloques de un canal de entrada.

3.2. Alimentación Fantasma. Las entradas de micrófono pueden venir acompañadas de un interruptor para suministrar, si fuese necesario, una tensión de 48 V para la alimentación fantasma (phantom) de los micrófonos de condensador. La mayoría de los micrófonos balanceados que no utilizan este tipo de alimentación no se ven afectados si se pulsa accidentalmente el interruptor de alimentación phantom. Pero hay que tener

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cuidado cuando se usen fuentes de señal no balanceadas, ya que pueden ser dañadas por la tensión que aparece sobre los pin 2 y 3 del conector de entrada XLR.

3.3. Inversor de Fase. Existen mezcladores que poseen un pulsador que se sitúa después de la entrada de micrófono y se utiliza para invertir la fase de la señal de entrada. Su misión es corregir un micrófono invertido o un cable mal conectado. Es simplemente un inversor de hilos que nos permite poner en fase la señal conectada a esta vía de entrada respecto de las demás.

3.4. Control de ganancia del preamplificador para micrófono. Normalmente la entrada de micrófono esta constituida por un previo de ganancia fija, seguido de otro amplificador al que el operario tiene acceso a través de un potenciómetro llamado mic gain o sens para regular externamente la ganancia. Está provisto de un margen de regulación comprendido entre + 20 dB y + 80 dB. Se encarga de regular la cantidad de señal de la fuente de entrada enviada a la sección de mezcla hasta obtener el clásico nivel de línea. Si se sube demasiado el nivel, la señal distorsionará y puede llegar incluso a saturar el canal de entrada. Si, por el contrario, se baja demasiado dicho nivel, se corre el riesgo de que el ruido de fondo llegue a ser más apreciable y la señal de salida se verá afectada por éste (puede llegar incluso a enmascarar la señal de audio).

3.5. Ecualización. Después de que cada señal de entrada tiene un nivel adecuado, se pasa por un circuito ecualizador, el cual puede consistir desde un par de simples controles de graves y agudos, hasta un ecualizador paramétrico.

3.6. Los puntos de inserción. En las secciones de entrada pueden aparecer unos conectores hembras del tipo jack, llamados puntos de inserción (del inglés insert point), que normalmente no están balanceados y que se utilizan para tomar señales de ida y enviarlas (del inglés send) a equipos externos auxiliares para posteriormente recogerlas de nuevo, una vez que han sido procesadas en las tomas de inserción de retorno (del inglés return) en cualquier otro punto de la mesa de mezclas (Figura 8). Este sistema se usa para introducir dispositivos de procesado externos que van a permitir modificar la señal y que no pueden integrarse en la mesa de mezcla, ya sea porque su tamaño, su peso, su precio o su utilización esporádica aconsejan que sean optativos. Estos dispositivos deberán situarse fuera de la mesa y entre los más utilizados están: • • • • •

Los reductores de ruido, que se emplean para las señales que van y vienen hacia el grabador multipistas, como el famoso sistema Dolby. Los compresores, que tienen por misión comprimir la dinámica de la señal. Pueden actuar sobre los niveles máximos, disminuyéndolos, o sobre los mínimos, aumentándolos, o sobre ambos a la vez, llevando los picos de amplitud a un valor medio. Los expansores, a diferencia de los compresores, expanden la dinámica de la señal. Las puertas de ruido reducen el paso de señal y de ruido por debajo de un umbral regulable. Los procesadores de tiempo constituidos por los dispositivos de reverberación y de efectos especiales tienen su utilidad en los procesos de monitorizado y mezcla, sobre todo en la música actual, para añadir a las señales de entrada algún efecto de eco o reverberación.

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Figura 8. Punto de inserción.

3.7 Filtrado. Algunas veces las mesas de mezcla incorporan filtros paso-bajo (PB) de frecuencia fija (=50 Hz) o variable (20 a 250 Hz) que tendrán por misión eliminar ruidos mecánicos o de red, las vibraciones procedentes del escenario, los sonidos oclusivos que puedan producirse en los micrófonos, etc. Otro tipo de filtros utilizados son los paso-alto (PA) de frecuencia fija (15 kHz) o variable (de 3 a 15 kHz), para eliminar ruidos de alta frecuencia (como el soplido de cinta o de una guitarra). Su conexión es optativa mediante un pulsador que los activa y desactiva.

3.8 El fader de canal. Normalmente a la salida del ecualizador de cada canal nos encontramos con un atenuador (fader de canal) que controla el nivel total de salida. El nivel de la señal varía desde una atenuación infinita hasta una ganancia de unos 10 dB según el fabricante. Permite un control preciso de las diferentes fuentes de señal que están mezclando sobre la sección de mezcla principal o maestra L-R, dándole aislamiento, o sobre la sección de subgrupos. Se consigue un control mayor cuando el mando de sensibilidad de entrada (mic gain) se encuentra ajustado correctamente.

3.9. El control panorámico (panning). El control panorámico (panning) se usa en las mesas de mezcla para repartir la señal de entrada monofónica hacia las salidas de los buses de subgrupos o a las salidas principales derecha e izquierda del mezclador con el objeto de ubicar la señal monofónica dentro de una imagen de sonido estéreo virtual. Esto se logra mediante un potenciómetro que divide la señal monofónica en otras dos señales que aplica posteriormente a otros dos buses (derecha e izquierda). La diferencia de nivel entre estos dos crea la imagen estereofónica.

3.10. La preescucha pre-fader (pre-fader-listen). La toma de señal realizada antes del fader de cada canal, también llamada preescucha, nos permite realizar la escucha del contenido de cada canal de entrada antes de encaminarla a las salidas principales del mezclador, permitiendo así monitorizar acústicamente cada señal por separado para ajustar su nivel o su ecualización. Esta toma es generalmente opcional y se activa mediante un interruptor.

3.11. La escucha después del fader (after-fader-listen). Algunos mezcladores incorporan la función de escucha después del fader. Lógicamente la diferencia entre la escucha después del fader o con anterioridad a éste reside en la regulación que se pueda practicar sobre la señal en el fader de cada canal.

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3.12. Los conmutadores de encaminamiento. Una vez introducidas las señales en la mesa de mezcla tras ser procesadas por los canales de entrada, debemos determinar hacia dónde encaminamos estas señales en función del tipo de trabajo que estemos realizando. Para ello utilizamos los conmutadores de pares de encaminamiento que pueden dirigir las señales hacia los buses de subgrupo o al bus de mezcla principal L y R.

3.13 Salidas. El conjunto de señales de entrada, son llevados al circuito mezclador (sumador) que conduce la mezcla a la salida principal, ó MASTER (L y R), pasando previamente por un atenuador (FADER) que es el que regula el nivel de salida como un simple potenciómetro de volumen. Hay mesas de mezclas con varias salidas master independientes, cada una de ellas controladas por sus correspondientes Faders. Las salidas principales suelen tener un nivel de salida que puede variar entre 1 y 8 voltios.

3.14 Los Subgrupos. Para actuaciones en directo, es suficiente con las dos salidas “master” mencionadas anteriormente, sin embargo para estudios de grabación, se necesita poder grabar diferentes pistas magnéticas a la vez en magnetófonos multipista, para almacenar la grabación de distintos instrumentos musicales (guitarra, piano, etc) y voces para su posterior tratamiento. Aquí interesa poder hacer varias mezclas independientes de la mezcla principal o Master. Por ejemplo podemos tener una mesa de mezclas de 16 entradas (Figura 9 y 10) y se puede establecer que las 8 primeras entradas formen un grupo, las entradas 10, 12,15 Y 16 constituyen otro, y las restantes se envían directamente a la salida principal o Master. Estos subgrupos podremos formarlos con las entradas que queramos a través de unos conmutadores. En este ejemplo, la mesa de mezclas consta de dos subgrupos (Subgrupo A y B). El Subgrupo A puede destinarse para una grabación de una pista de un magnetófono y el segundo para la otra pista, y la salida principal puede servir para escuchar

ENTRADAS 1 2 3

CIRCUITOS MEZCLADORES

SALIDA SUBGRUPO A

7 8

SALIDA PRINCIPAL MIX

9 11 13 14

10 12

SALIDA SUBGRUPO B

15 16

Figura 9. Esquema del principio de subgrupos.

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Figura 10. Mesa de mezclas con subgrupos.

3.15. Canales auxiliares. La misión de esta sección consiste en tomar derivaciones de la señal, que no afecten en absoluto a la señal original presente en las vías de los canales de entrada o de mezcla, y enviarlas a sus respectivos buses de auxiliar, lo que nos permite procesar una mezcla arbitraria de señales para posteriormente utilizarlas como salidas auxiliares independientes. De esta forma podremos enviar señales hacia otros circuitos de la mesa o para dar instrucciones a los músicos presentes en el escenario o como salida de preescucha, independientemente de lo que esté sucediendo con la señal original que se está procesando. Estas señales de los canales auxiliares pueden se nuevamente recuperadas para añadirlas a otra mezcla, para eso se dispone de terminales de entrada de retorno (RETURN), con su correspondiente potenciómetro de nivel de retorno.

3.16. Monitorizado. La monitorización permite tener información, y controlar lo que ocurre con las señales que transcurren por los distintos puntos de la mesa de mezclas. La monitorización puede realizarse mediante elementos visuales o elementos acústicos. a) Vúmetros: Son indicadores analógicos de aguja que informan del nivel de señal, ya sea en un canal, un subgrupo o en la salida master. La zona de trabajo normal está graduada desde -40dB hasta 0dB. La zona de saturación está marcada en rojo y suele llegar hasta +6 dB. b) Picómetros: Son los cada vez más extendidos vúmetros de Leds. Están compuestos por barras de leds de dos colores, normalmente verde, o amarillo, para la zona de trabajo, y leds rojos para la zona de saturación. c) Indicadores de saturación: Son leds situados en distintos puntos de la mesa, que cuando se iluminan indican que en ese lugar hay una saturación, sobrecarga (overload, OVL), ó un pico

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(PEAK), que produce una distorsión y que será necesario bajar el nivel de señal con el control de ganancia (Gain) o los correspondientes atenuadores (Faders). d) Monitorizado acústico: Se realiza mediante altavoces o auriculares, que permiten escuchar una entrada o mezcla determinada.

3.17. TALKOVER. Especialmente útil para emisoras de radio o discotecas, ya que al recibir señal sonora de un micrófono, la mesa atenúa automáticamente el resto de señales mientras el micrófono esté funcionando, de esta forma queda de fondo el sonido mezcla, prevaleciendo la señal de micro. En el momento que se deja de hablar por dicho micrófono el sonido de fondo va aumentando su volumen gradualmente para volver a su nivel original.

3.18. Fader de Cruce (CROSSFADER). Mediante un único mando, normalmente un potenciómetro de desplazamiento lineal, realiza el fundido de dos canales seleccionados previamente, atenuando un canal y amplificando el otro. En el punto medio del potenciómetro se escucharían ambos canales a igual volumen. Es una mesa sin crossfader, éste fundido debe realizarse accionando simultáneamente los dos faders de canal, bajando unote ellos mientras se está subiendo el otro.

4. MESA DE MEZCLAS DIGITAL. La tecnología digital, se ha introducido en las mesas de mezclas. Como cualquier sistema digital de audio necesita de Convertidores analógico-digitales para poder procesar digitalmente las señales analógicas de entrada, y antes de llevarlas a la salida deben nuevamente ser convertidas a señales analógicas, mediante los convertidores digitales-analógicos, a no ser que las salidas estén dedicadas a otros equipos digitales los cuales no necesiten esta conversión. En la Figura 11 se muestran los bloques típicos de una mesa digital. Una mesa de mezclas digital de tamaño pequeño puede tener, por ejemplo, 16 entradas digitales, más los retornos, que para utilizarlos con multipistas, serán al menos 16. Como salidas deberá tener otros tantos envíos para cinta multipista, es decir 16. Las salidas Master, como mínimo dos, y otras 4, por lo menos, para auxiliares. Aparte, como se representa en el diagrama, dispondrá de alguna salida digital por cable óptico para otros dispositivos digitales. Normalmente podrán tener un puerto serie tipo RS422 para descargar, ó volcar, software.

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Entradas MIC/LINE

Puntos de Insercion por canal


Control de Ganancia por canal

SALIDAS Entradas Estéreo Retornos digitales

Conv ersión A/D

Ecualización

Medidor de canal Vumetros

ENTRADAS

Salida sala de control

Auriculares Aux. PreFader

Fader y Mute por canal

Direccionamiento de canal y panorama

Entradas Digitales

DAC

DAC

Salidas auxiliares

Aux. PostFader

Mezclador, distribuidor de grupos

Env ios Digitales

DAC

Salida Master

Salidas Opticas auxiliares

Figura 11. Diagrama de bloques de una mesa digital.

5. ESQUEMA DE UNA MESA DE MEZCLA BÁSICA. Está representada en la Figura 12, y las características de este mezclador de expresan a continuación: 9

9 9 9 9

Sensibilidad de entradas:

Micro…………..0,5mV/ 50K ohm o Phono…………. 3mV/ 50K ohm (RIAA) o Tape.................150mV/100K ohm o Turner............... 150mV/100K ohm Nivel de salidas:.................................................. 5V/600 Ohm Distorsión armónica………………………………. 0,1 % Respuesta en Frecuencia………………………... 20 Hz – 20Khz ± 1dB (RIAA ± 2 dB) Salida auriculares…………………………………. Max 100 mV sobre 8 ohm de carga

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Figura 12. Esquema de una mesa de mezcla básica.

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Tema nº 11: Ecualizadores

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Ecualizadores 1. INTRODUCCIÓN La respuesta que ofrece una sala de escucha es muy diferente dependiendo del mobiliario que contenga y de la disposición de éste. Todos recordamos la diferencia entre la reproducción del sonido en una habitación vacía y una amueblada. La existencia de cortinas o tapizado en las paredes y su grosor afectarán en gran medida a la transmisión del sonido, dando lugar a que unas frecuencias sean absorbidas por la sala y otras sean realzadas por reflexiones. Un ecualizador es un circuito que intercalado entre el preamplificador y el amplificador de potencia permite acentuar o atenuar el nivel de bandas estrechas de frecuencias para adaptar el sonido recibido al gusto de cada oyente, o a la acústica del local. Los ecualizadores se pueden dividir en dos grandes grupos: Ecualizadores pasivos y Ecualizadores activos. Se entiende por ecualizador pasivo aquel en el que no interviene ningún componente que amplifique la señal, tales como transistores o circuitos amplificadores operacionales integrados. En este tipo de ecualizador el tratamiento de la señal se efectúa mediante redes de resistencias, bobinas y condensadores. Dado que estos componentes provocan una atenuación de la señal, en los ecualizadores pasivos es necesario añadir una etapa amplificadora, la cual restituye el nivel de entrada del circuito, aunque naturalmente con la modificación introducida por el ecualizador. En el caso de los ecualizadores activos la ecualización se controla mediante elementos que comportan amplificación, aunque también intervienen en este proceso resistencias y condensadores y bobinas. UU

UU

UU

UU

2. CARACTERÍSTICAS DE LOS FILTROS ELÉCTRICOS. Cuando se diseñan equipos de sonido, una de las cuestiones que se plantean es como separar las distintas frecuencias, por ejemplo, para llevar la señal a las cajas acústicas de 2 o tres vías; esta operación se realiza con filtros. Un filtro es un circuito electrónico capaz de separar y seleccionar una señal eléctrica en función de su frecuencia. Un filtro estará compuesto por una entrada donde se aplicará una señal Ve y una salida donde obtendremos una señal Vs (Figura 1). Si suponemos un filtro pasivo, este dejará pasar solamente un margen de frecuencias y la señal de salida nunca será superior a la de entrada. Terminología usada en filtros: Octava: es un intervalo entre dos frecuencias f1 y f2 tal que f2/f1=2. Década: es un intervalo entre dos frecuencias f1 y f2 tal que f2/f1=10. Ganancia en dB: es la relación entre la señal de salida Vs y la señal de entrada del filtro (Vs/Ve). En decibelios vendrá dada por la siguiente expresión: Av(dB)=20log(Vs/Ve). Frecuencias de corte: son las frecuencias para las que se produce una atenuación de la señal de 3 dB. Esta atenuación corresponde a una ganancia de tensión Av=0,707. Existen dos: La frecuencia de corte inferior Fci y la frecuencia de corte superior Fcs. UU

UU

UU

UU

UU

UU

UU

UU


_____


Banda pasante o ancho de banda: es el intervalo de frecuencias que no se ven atenuadas por el filtro. O también es la diferencia entre las frecuencias para las que la amplitud de las señales disminuye hasta 3 dB (un 70%) de su valor máximo; es decir, el ancho de banda es la diferencia entre las frecuencias de corte superior e inferior: ∆F = Fcs - Fci Pendiente del filtro: Es la inclinación que tiene la curva de caída de la respuesta en frecuencia de un filtro. Viene dada en dB/octava ó en dB/década. Orden de un filtro: Es el número de células que lo forman. Así un filtro con una célula RC se denomina de primer orden, si posee dos células RC será de segundo orden y así sucesivamente. Cuanto mayor sea el orden del filtro, mejor separará las frecuencias, y mayor pendiente tendrá. En general si el orden del filtro es “n”, la pendiente de este será de 6n dB/octava o también 20n dB/década. UU

UU

UU

UU

UU

UU

Ve

Filtro

Vs

Figura 1. Filtros

3. FILTROS PASIVOS. 3.1 Filtro de paso Bajo. UU

Un filtro de paso bajo deja pasar todas las frecuencias por debajo de la frecuencia de corte sin atenuación apreciable, al mismo tiempo que atenúa las demás. En la Figura 2 observamos un filtro paso bajo de primer orden. Si se aplica una tensión v i a la entrada del circuito, de amplitud constante pero cuya frecuencia aumenta progresivamente de 0 Hz hasta infinito, el condensador irá disminuyendo su reactancia capacitiva Xc, a medida que aumenta la frecuencia: BB

BB

Xc =

1 2πfC

Por lo que para frecuencias bajas su Xc será muy alta y prácticamente toda la v i aparecerá a la salida del filtro v o. A medida que aumentamos la frecuencia se alcanza un valor en el cual la señal de salida v o se reduce 3dB (la señal de salida es el 70,7 % de la señal de entrada) ; a esta frecuencia se le denomina frecuencia de corte: BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

fc =

BB

1 2πRC

Para frecuencias muy elevadas la Xc del condensador será muy pequeña por lo que a la salida del filtro aparecerá una señal muy pequeña.

vi

R

vo

C

Figura 2. Filtro paso bajo pasivo


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3.2 Filtro de paso Alto. UU

Los filtros de paso alto dejan pasar todas las frecuencias desde un determinado valor (frecuencia de corte). C vi

vo

R

Figura 3. Filtro paso alto pasivo.

En la Figura 3 tenemos un filtro baso alto de primer orden. Al aplicar una tensión v i a la entrada del circuito, cuya frecuencia aumente progresivamente desde 0 Hz hasta infinito, el condensador C se comporta de la siguiente forma: cuando la frecuencia es de v i es cero, el condensador no deja pasar la corriente a través de él hacia la salida. A medida que se eleva la frecuencia de la señal de entrada, la reactancia capacitiva del condensador irá disminuyendo, por lo que la caída de tensión en el condensador también irá disminuyendo, aumentando por tanto la caída de tensión en la resistencia y en la salida, hasta llegar el momento en que la tensión de salida es igual a la de entrada (el condensador se comporta prácticamente como un cortocircuito). La frecuencia de corte de este filtro es: BB

BB

fc =

BB

BB

1 2πRC

3.3. Filtro pasa banda. El filtro pasa bandas permite el paso de una determinada banda de frecuencias, atenuando fuertemente las frecuencias por encima y por debajo de dicha banda. Este filtro es una combinación de un filtro de paso bajo con otro de paso alto (Figura 4). R1 y C2 forman un filtro paso bajo y C1 y R2 forman un paso alto. El funcionamiento de ambos filtros es idéntico al explicado anteriormente, pero los resultados se suman, obteniéndose dos frecuencias de corte, una superior y otra inferior.

fci =

1 2πR2 C1

fcs =

1 2πR1C 2

El ancho de banda del filtro pasa bandas es igual a la diferencia entre las frecuencias de corte superior e inferior: ∆F = Fcs – Fci.

R1

C1

vi

vo

R2

C2

Figura 4. Filtro Pasa Banda pasivo.


_____


3.4. Filtro de Eliminación de Banda. UU

Los filtros de eliminación de banda o para banda tienen como finalidad dejar pasar todas las frecuencias por encima y por debajo de una banda, es decir, presentan un comportamiento opuesto al filtro pasa banda estudiado en el apartado anterior. Existen numerosos esquemas de filtros Elimina Banda, en la Figura 5 reflejamos uno denominado en red de doble T.

vi

R1

R1

C1

C1

C2

vo

R2

Figura 5. Filtro Elimina Banda pasivo.

En frecuencias altas los condensadores actuaran como cortocircuitos para las señales, por lo que la tensión de salida v o será igual a la tensión de entrada v i . En frecuencias bajas los condensadores actúan como aislantes mientras que las resistencias ofrecen una oposición muy baja al paso de las señales, por lo que también aquí la tensión de salida es prácticamente igual a la de entrada BB

BB

BB

BB

4. FILTROS ACTIVOS. Los filtros activos son aquellos que realizan su filtrado mediante elementos que comportan amplificación, aunque también intervienen en este proceso resistencias y condensadores y bobinas. Existen numerosos circuitos de filtros activos, a continuación en la siguiente tabla exponemos varios ejemplos de filtros activos y los pasos necesarios para diseñarlos. FILTRO ACTIVO DE PASO BAJO DE PRIMER ORDEN 1.- Partimos de la Av y de la frecuencia de corte fc. 2.- Damos un valor a R 2 y calculamos R 1 de la siguiente expresión. BB

BB

BB

Av =

BB

R1 R2

3.- De la siguiente expresión calculamos C 1 : BB

fc =

BB

1 2πR1C1

4.- C 2 y C 3 son filtro de la fuente de alimentación: C 3 =C 2 =100 nF BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB


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FILTRO ACTIVO DE PASO BAJO DE SEGUNDO ORDEN 1.- Partimos de la frecuencia de corte fc. 2.- Damos un valor a R 1 (entre 10 y 22 KΩ). 3.- Calculamos C 2 : BB

BB

BB

BB

C2 =

0,112 R1 f c

4.- C 1 =2C 2 BB

BB

BB

BB

FILTRO ACTIVO DE PASO ALTO DE PRIMER ORDEN 1.- Partimos de la Av y de la frecuencia de corte fc. 2.- Damos un valor a R 2 y calculamos R 1 de la siguiente expresión. BB

BB

BB

Av =

BB

R1 R2

3.- De la siguiente expresión calculamos C 1 : BB

fc =

BB

1 2πR2 C1

4.- C 2 y C 3 son filtro de la fuente de alimentación: C 3 =C 2 =100 nF BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

FILTRO ACTIVO DE PASO ALTO DE SEGUNDO ORDEN 1.- Este filtro tiene ganancia igual a Partimos de la frecuencia de corte fc. 2.- Damos un valor a C 1 (entre 1 y 330 nF). 3.- Calculamos R 1 : BB

BB

BB

BB

R1 =

0,112 C1 f c

4.- R 2 = 2R 1 BB

BB

BB

BB

FILTRO ACTIVO PASA BANDAS DE PRIMER ORDEN 1.- Partimos de la Av y de las frecuencias de corte Fcs y Fci. 2.- Damos valor a C 1 . 3.- Calculamos R 1 : BB

BB

BB

BB

R1 =

1 2πf ci C1

C2 =

1 2πf cs R2

4. R 2 =AvR 1 – R 1 5. Calculamos C 2 : BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB


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FILTRO ACTIVO PASA BANDAS DE SEGUNDO ORDEN 1.- Calculamos el ancho de banda Ab= fcs – fci 2.- El factor de calida Q=fo/Ab, debe ser menor o igual a 6 (cuando más cercano a 6 el filtro es mas selectivo). 3.- Se elige un valor para los condensadores C entre 220 pF y 680 nF 4.- Se calcula R 1 =1/(2.π.Ab.C). 2 5.- Se calcula R 2 =1/(4.π.Q .C.Ab) 6.- Se calcula R 3 =2.R 1 BB

BB

BB

BB

BB

BB

PP

PP

BB

BB

FILTRO ACTIVO DE ELIMINACION DE BANDA DE PRIMER ORDEN 1.- Partimos de la fcs y fci. 2.- Damos valores a R1 y R 2 . 3.- Calculamos los condensadores C 1 y C 2 . BB

BB

BB

BB

BB

BB

1 2πf ci R1 1 C2 = 2πf cs R2 C1 =

FILTRO ACTIVO DE ELIMINACION DE BANDA DE SEGUNDO ORDEN 1.- Partimos de la frecuencia que queremos eliminar fc. 2.- Elegimos R 1 =R 2 . 3.- R 3 =R 5 =R 1 /2. 4.- R 4 =2R 1 . 5. Obtenemos C 2 : BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

1 C2 = 2πf c R1 6.- C 1 =2C 2 . BB

BB

BB

BB


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5. ECUALIZADOR GRÁFICO. Un ecualizador gráfico es un circuito que intercalado entre el preamplificador y el amplificador de potencia permite acentuar o atenuar el nivel de bandas estrechas de frecuencias. Para conseguir este resultado, la banda de frecuencias audibles (de 20 a 20.000 Hz) se divide en varios márgenes. El número de bandas puede ir desde 5 a un máximo de 32. El atenuado o acentuado de cada banda de frecuencias se regulan mediante potenciómetros deslizantes. De esta forma es posible adaptar cada estilo de música al gusto de cada oyente, o a la acústica del local. El esquema de bloques de un ecualizador gráfico es el de la siguiente Figura 6.

Filtro paso bajo

Filtro pasa banda Entrada (Viene del preamplif icador)

Adaptador de impedancias

Filtro pasa banda

SUMADOR

Salida (a la etapa de potencia)

Filtro paso alto

Figura 6. Esquema de bloques de un ecualizador gráfico.

El primer bloque es un adaptador de impedancias (hecho con un amplificador a transistor en colector común o con un amplificador operacional de ganancia unidad). La salida del adaptador de impedancias ataca a un número determinado de filtros pasabanda conectados en paralelo (uno por cada banda de frecuencias que tenga el ecualizador). Cada filtro va seguido o acompañado de un ajuste de ganancia mediante un potenciómetro. Cada filtro deja pasar solo un margen de frecuencias, a la salida de cada filtro obtendremos por tanto ese margen de frecuencias atenuadas o acentuadas. Por último las salidas de todos los filtros van conectadas a un sumador (realizado por ejemplo con un amplificador operacional) que mezcla el conjunto de todas las señales enviadas por los filtros, pero, lógicamente, con las modificaciones en amplitud que cada filtro haya introducido en ellas. Si queremos tener un ecualizador estereofónico necesitamos dos circuitos idénticos controlados por potenciómetros dobles. Los ecualizadores gráficos más sencillos ecualizan cada dos octavas (63 Hz, 240 Hz, 1Khz, 4 Khz y 16 Khz). Los más complejos ecualizan por octavas (32 Hz, 64 Hz, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1 Khz, 2 Khz, 4 Khz, 8 Khz, 16 Khz). En la Figura 7 observamos un esquema completo de un ecualizador gráfico.

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Equipos de Sonido

_____ 32 Hz CA C4 180 nF

68 pF

P1 100K

R7 1M CB C3 18 nF

+Vcc

+Vcc R5

1

2 1M

3

IC2A TL082

R8

1

B

C9 6 5

100K

IC1B

4

4

4

47 uF

TL082

O

7 OG

R14

47K

1G

8

8

R3

10K

A

8

100K

TL082 -

3 100 nF

R4

IC1A

+

2

100K

+

R1

-

C1

+

1

R15 +Vcc

-

R2 100K


R6 10K

C2

10K - Vcc -Vcc -Vcc

Adaptador de impedancias

Sumador mezclador

R11 10K

CA C6 100 nF

P1 100K

R12 1M

Frecuencia

CB C5 10 nF

+Vcc

6 1M

5

IC2B TL082

-

R10

R13

7

+

10K

4

R9

8

100K

32Hz 64Hz 125Hz 250Hz 500Hz 1KHz 2KHz 4KHz 8KHz 16KHz 8Khz

CA 180nF 100nF 47nF 22nF 12nF 5,6nF 2,7nF 1,5nF 680pF 360pF 680pF

CB 18nF 10nF 4,7nF 2,2nF 1,2nF 560pF 270pF 150pF 68pF 36pF 68pF

-Vcc

64 Hz 125 /250 Hz 500 Hz / 1K Hz 2 / 4 Khz 8 / 16 Khz Rc 11K

Filtros Activos

Figura 7. Ecualizador gráfico.

En la figura 8 observamos un ecualizador profesional estéreo de 15+15 bandas.

Figura 8. Ecualizador gráfico estéreo de 15+15 bandas. Filtro subsónico, Ecualización de 6/12 dB, salida balanceada.

6. ECUALIZADOR PARAMÉTRICO y PROGRAMABLE. El ecualizador paramétrico (Figura 9) es otro tipo de ecualizador mas sofisticado que el gráfico, por lo que su limita a uso profesional, y tiene la ventaja de que los parámetros de los filtros internos pueden ser ajustados por el usuario. Los parámetros que se pueden seleccionar por el usuario son: La ganancia, el factor de calidad Q, el ancho de banda (B), o la frecuencia central (fc). Existen otros tipos de ecualizadores profesionales denominados programables, que disponen de un programa de control mediante ordenador. Desde el PC podemos controlar y comandar numerosas variables.

Figura 9. Ecualizador paramétrico de 5 bandas.

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Equipos de Sonido

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7. CONEXIONADO DE UN ECUALIZADOR. La conexión entre un amplificador (preamplificador más etapa de potencia) con un ecualizador se realiza como se observa en la Figura 10.

AMPLIFICADOR

MESA DE MEZCLAS

P re-out

Entradas

P ower-in

L R

Altavoces

In

L In

R

Out

Out

L R

Out

ECUALIZADOR

ECUALIZADOR

In

L R

Altavoces

ETAPA DE POTENCIA Figura 10. Conexión entre amplificador y ecualizador

Figura 11. Conexión entre Mezclador, ecualizador y etapa de potencia.

La conexión entre una mesa de mezclas, un ecualizador y una etapa de potencia se realiza como se ve en la Figura 11.

_____________________________________________________________________________ MVA 11- 9

Equipos de Sonido

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Tema nº 12: Compact Disc

Equipos de Sonido

Compact Disc 1. EL SOPORTE FÍSICO Y EL PROCESO DE GRABACIÓN. El reproductor CD está basado en la lectura mediante radiación láser de una sucesión de reducidísimos hoyos o pixels que contiene el disco, y que están situados en una pista en espiral continua que empieza a leerse desde el interior hasta el exterior del disco (Ver Fig. 1.1). Tales depresiones contienen lo información de audio y control mediante variación de su longitud, a diferencia de las variaciones de profundidad de los discos analógicos convencionales. El resultado de dicho cambio es notorio, ya que al ser numérica su información esta no se degrada, lo que permite una elevada relación señal/ruido, y en definitiva mayor calidad de audición. El disco compacto está construido con material plástico de gran dureza. Su diámetro es de 12 cm (Ver Fig. 1.2), continuamos la descripción por la parte superior del disco, es decir, el lado de la etiqueta: En esta superficie entintada figuran: Título de los temas, autor, productora, fabricante del soporte, etc. Debajo de esta capa se encuentra una superficie protectora, encargada de proteger los datos que se encuentran grabados; esta información está impresa en forma de depresiones en la superficie del disco que conforman unos niveles llanos y otros en forma de salientes (hoyos o pixels). Encima de esta área se aplica un revestimiento reflector, el cual es necesario para posibilitar la lectura mediante el sistema de emisión de luz láser (capa reflectora). A continuación sigue un substrato que no sólo tiene cualidades protectoras, si no también ópticas.

Fig. 1.1: Superficie de las pistas de un CD (detalle de los pixels u hoyos).


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Fig. 1.2: Dimensiones de un CD y superficie de datos.

1.1. Grabación del disco (master). La señal analógica de audio que queremos grabar en el disco varía continuamente en el tiempo y para convertirla en una señal digital es necesario que pase por un proceso denominado muestreo, que consiste en obtener una serie de muestras o datos de una señal analógica a intervalos fijos de tiempo, para ser convertidos estos datos en códigos binarios. La Fig. 1.3a muestra una señal analógica, la cual debe ser convertida a digital; el interruptor intermedio intercalado con la Fig. 1.3b, recibe los pulsos de muestreo, y cada vez quer recibe un pulso se cierra, produciendo de esta manera una muestra fija para cada intervalo (Fig. 1.3b). Este proceso tiene el nombre de modulación por amplitud de pulso PAM.

Fig. 1.3: Conversión de las señales analógicas a digitales.


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Una vez obtenidas las muestras, el proceso de cuantificación tiene la función de convertir las muestras discretas de señal en un código binario (Fig. 1.3c). El sistema de grabación, consiste en cuatro pasos básicos (Fig. 1.4).

Fig. 1.4: Pasos básicos del sistema de grabación.

1. Un filtro paso bajo filtra las frecuencias que deben ser grabadas (hasta 20 Khz). 2. El circuito de muestra y retención, muestrea la señal de audio analógica a una velocidad de 44.1 Khz para el sistema CD. 3. El convertidor analógico-digital convierte cada muestra a un código de 16 bits. 4. El código digital se procesa y modula para ser almacenado.

1.2. Formato de los datos en el CD. En el sistema CD, el audio original (el audio analógico) es muestreado y cuantificado en 16 bits, lo que ofrece una elevada resolución. La información digital resultante de los dos canales se multiplexa en el tiempo en una serie de bits de 2 x 16 x 44,1 KHz. Pero tal información procedente del muestreo y del multiplexado no se registra en el disco directamente; antes se codifica mediante el sistema CIRC (Cross Interleave Reed Solomon Code), para permitir con ello la posterior corrección delos fallos de lectura que puedan producirse (por ejemplo, por suciedad sobre la superficie del disco). Teóricamente, el CIRC permite corregir en la reproducción fallos de hasta 3.500 bits -que representan uno longitud de pista de 2,4 mm. Independientemente de la información de audio, se adiciona en el disco un conjunto de bits para dar información de sincronismo y otros de índole complementario para representar en el visualizador del reproductor símbolos, números, tiempo, título y autor. Todas los informaciones indicadas son procesadas en un sistema denominado EFM (Modulación ocho a catorce), que es el que se registra en la superficie del disco y que va formando grupos o tramas de 588 bits denominados de canal; cada trama contiene 24 símbolos de audio de 8 bits. Una serie o trama de datos contiene (Ver Fig. 1.5): • • • •

Un patrón de sincronismos de 24 bits (señales para sincronizar el oscilador del reproductor de CD, para que las señales se reproduzcan con la misma velocidad que se grabaron), para que las señales se reproduzcan con la misma velocidad que se grabaron. Un símbolo de control y visualización de 14+3 bits (mute entre pasajes musicales, tiempos, autor, etc). Dos bloques de 12 símbolos de 14 bits para datos de audio. Dos bloques de 4 símbolo de 14 bits de paridad, P y Q para corrección de errores producidos en la lectura.

Patron Control de Sincronismo y Visualizacion

12 Símbolos de audio

4 Símbolos CIRC (corrección de errores)

12 Símbolos de audio

4 Símbolos CIRC (corrección de errores)

Fig.1.5: Contenido de una trama de 588 bits.


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En el registro de la información de audio en estéreo intervienen dos procesos: a. Lo conversión a digital, multiplexado de los datos numéricos de los dos canales, codificación de errores CIRC, adición de datos de control y visualización y modulación EFM. b. Grabación de los datos mediante radiación láser en un soporte metálico poro obtener el disco master y, desde éste, los copias por simple estampación. El disco compacto contiene información digital en forma de un espiral continuo que comienza en el interior (46 mm) y finaliza en el exterior (117 mm). Tal información consiste en hendiduras (pits) de longitud variable representando palabras binarias. En ellos, las llanuras representan el “1” lógico y las depresiones o flancos de entrada o salidas el “0”. Un fino haz de láser óptimamente enfocado permite leer tal información y proyectarla sobre un mosaico de fotodiodos, en los que se detectan los estados lógicos por la diferencia de intensidad de la luz que incide sobre ellos.

1.3. Uso y cuidados del disco Uso: Si se creara una raya en el compact disc por «mal uso», podría repercutir en la calidad sonora; produciéndose saltos de pista y otros fenómenos acústicos no deseables; incluso, según en que punto se produjera. Si se aproxima al inicio donde está la información de cabecera (llamada TOC) podría quedar inutilizado el disco. Ahora bien, apelando a la virtud del reproductor CD, sobre la capacidad de corrección de errores del sistema y las características ópticas del disco, es posible compensar el defecto producido por daños de baja o mediana intensidad, con lo que el disco podría reproducirse sin problemas. En la Fig. 1.6 se observa la manera correcta de extraer el disco de la caja y la sujeción de éste para su uso. Cuidados: No se debe limpiar la superficie del disco con productos químicos o líquidos antiestáticos; podría dañarlo. Las partículas de polvo discretas y las huellas digitales poco marcadas puede que no afecten a la reproducción. pero conviene que se mantenga la superficie grabada lo más limpia posible. La limpieza debe realizarse con un trapo limpio y seco. La forma de hacerlo es como se observa en la Fig. 1.6. Siempre en sentido transversal hacia afuera y desde el centro. Acciones que deben evitarse: No poner etiquetas en el disco. El láser lee la información por la cara reflectante pero a pesar de eso, si se adhiere una etiqueta en la superficie donde está descrito el número de canciones, autor, productora etc; podría causar que el disco girase excéntricamente. No escribir en la superficie del disco con un marcador de tinta. El revestimiento protector es de muy poco espesor y la tinta se puede difundir a través de esta delgada capa y dañar la superficie de datos. No exponerlo bajo los rayos del sol ni aplicarle temperatura, por ejemplo con un secador de pelo. El disco puede tener dos tipos de rayas; si la raya tiene forma recta o circular en la dirección de las pistas de datos, puede producir problemas en la reproducción. El segundo tipo de raya que no produce problemas, claro está en términos relativos a su grosor, seria la que está situada perpendicular o transversalmente al sentido de los datos. Por eso en el apartado de “cuidados” se indica que la limpieza se realice en sentido transversal.

Fig. 1.6: Uso y cuidados de un CD.


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2. EL CAPTADOR (Pickup). A partir de este apartado vamos a describir las partes y el funcionamiento de un reproductor de CDs, empezando por el captador. El captador es el conjunto electro-óptico destinado a proporcionar tres informaciones: a) Lectura de la información contenido en el disco, b) Error de foco producido como consecuencia de las variaciones de altura del disco (alabeo) y c) Error de seguimiento como consecuencia de la excentricidad (movimiento de izquierda a derecha). De las tres informaciones, la primera es la señal RF destinada al proceso de audio para reproducción y las dos siguientes gobiernan servosistemas de corrección norte-sur del captador (foco) y este-oeste (seguimiento de pista). La figura 2.1 muestra un detalle de su composición, y en la Fig. 2.2 una sección de un captador. Básicamente el funcionamiento se basa en que el captador proporciona un finísimo haz de luz láser que se proyecta y se refleja en el disco e incide en un conjunto de fotodiodos, del que se obtienen las tres informaciones citadas. Su composición es la siguiente:

Fig. 2.1. Arquitectura de los captadores.

Fig. 2.2: Captador (pickup)


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2.1. Diodo LASER Semiconductor que emite una radiación de 780 nm, el cual está controlado en potencia mediante circuitos externos y un fotodiodo monitor interno (APC, control automático de potencia) para que mantenga su nivel de radiación y su foco frente al envejecimiento y a las variaciones de la temperatura ambiente. El diodo láser es un elemento muy sensible y delicado; la corriente de alimentación debe alcanzar un umbral para conseguir que emita láser; cuando la corriente aumenta, la salida de luz asciende con extrema rapidez. Este elemento es muy sensible a la temperatura, un aumento de temperatura puede dar lugar a un incremento de corriente que destruya el diodo láser. Para resolver este problema, normalmente se utiliza un fotodiodo monitor en el mismo encapsulado que el diodo láser, que controla la salida de la luz (Fig. 2.3). Así el encapsulado del diodo láser traerá tres terminales uno común para los cátodos de los diodos y otros dos para los ánodos. El haz de luz de un diodo láser se puede enfocar con precisión para leer las llanuras y las depresiones de las pistas del disco. Este dispositivo es muy sensible a potenciales estáticos, por lo que para su manipulación se debería utilizar pulseras metálicas colocadas en las muñecas de las manos del técnico y conectadas mediante un conductor a tierra. Lo mismo ocurre con los soldadores cuando se trata de desoldar el puente de seguridad que cortocircuita el ánodo y el cátodo del diodo emisor láser para su manipulación y traslado hasta su montaje. Con el dispositivo óptico de lectura debemos tener ciertas precauciones con el fin de que el haz de luz láser emitido no incida directamente sobre nuestros ojos, ya que puede dañar seriamente nuestra vista. Por ello, cuando se deba confirmar su emisión de luz tendremos que mirarlo con un ángulo de inclinación de unos 45º con respecto al eje de la lente y a una distancia superior a 15 cm. En la superficie de la óptica aparecerá como un punto de color rojo oscuro, siempre que la luz ambiente no sea muy fuerte.

Fig. 2.3: Encapsulado de un diodo láser

2.2. Gratícula o rejilla de difracción. Es una placa plana y fina; cuando el haz de láser la atraviesa, se va difractando en tres haces diferentes: uno principal de lectura del CD y dos primarios laterales de seguimiento de pista (tracking) (Ver figura 2.4). Con la citada condición, se pueden realizar captadores que utilicen solamente el haz principal para obtener las tres informaciones citadas al principio del capitulo y captadores que aprovechen los haces laterales para obtener la información de error de seguimiento.

Fig. 2.4: Rejilla de difracción.


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2.3. Prisma Separador del haz. Es el componente encargado de dirigir los haces de luz de láser hacia el disco y cuando éstos regresan después de reflejarse, desviarlos hacia el mosaico de fotodiodos detectores. En su construcción intervienen dos prismas de 45º con una superficie común en la que se sitúa una membrana dieléctrica que permite el paso de la luz polarizada horizontalmente, con lo que el haz de láser emitido por el diodo láser se dirige a la superficie del disco. Si embargo la luz de vuelta reflejada en el disco, que corresponde a la que regresa, es reflejada hacia los fotodiodos detectores.

2.4.- Lente colimadora. Lente que puede estar situada en diferentes posiciones, dependiendo del fabricante del captador. Su finalidad es conseguir haces paralelos con los rayos divergentes que inciden sobre ella.

2.5.- Placa de un ¼ de onda. Es el encargado de controlar la polarización de la luz. Es una lente con propiedades astigmáticas de doble refracción, de tal modo que cuando incide sobre ella el haz de láser, que esta polarizado en horizontal, su fase sufre un cambio de 45º, y cuando incide el haz reflejado en el disco vuelve a cambiarle lo fase 45º, con lo que la fase entre haz incidente y haz reflejado en el disco es de 90º o lo que es lo mismo, ha cambiado su polarización a vertical. Debido a este giro, el prisma separador puede separar la luz incidente del láser y la luz reflejada por el CD, con ello el separador de haz, tal como se ha indicado, desvía la luz hacia los detectores.

2.6.- Lente del objetivo o de enfoque. Su misión es enfocar el rayo de luz, sobre el CD. Esta lente es de gran importancia ya que permite optimizar variaciones de altura del disco y corregir las pérdidas excentricidad. Esta montada sobre un sistema elástico, el cual está rodeado de las bobinas de corrección de foco y pista, bobinas éstas que pueden desplazar la lente en los cuatro cuadrantes a efectos de corrección.

2.7.- Los diodos fotodetectores. Este conjunto lo forman seis diodos que reciben los tres haces reflejados del disco; el haz principal va a parar al centro de cuatro fotodiodos A, B, C, D y los haces secundarios a los otros dos E y F (Fig. 2.5).

Fig. 2.5: Diodos Fotodetectores.


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2.8.- El dispositivo de dos ejes (Bobinas de foco y tracking). El bloque óptico se encuentra alojado en una estructura llamada dispositivo de dos ejes. Este dispositivo realiza un movimiento en dos planos, un movimiento vertical de la lente del objetivo de arriba abajo para la corrección de enfoque y otro posterior horizontal, de forma radial a derecha o izquierda, para el seguimiento de la pista del CD. En este dispositivo existen dos bobinas (bobina de foco y bobina de seguimiento o tracking) en el seno de un campo magnético proporcionado por un imán permanente (Fig. 2.6 y 2.7); cuando hacemos circular corriente continua por una bobina en alguno de los dos sentidos, la bobina genera un polo norte y un polo sur que generan una fuerza de atracción o repulsión con respecto al imán que hace que el dispositivo de dos ejes su mueva para conseguir un enfoque del haz de láser correcto y que este no se salga de la pista.

Fig. 2.6: Optica de un reproductor de CD.

2.9.- Funcionamiento del bloque óptico. Empezaremos por el origen (Ver Fig. 2.1) : Partimos desde el diodo láser el cual emite una luz de una longitud de onda de 780 nanómetros aproximadamente; el siguiente paso está en traspasar las rejilla de difracción, encargada de producir los tres haces (uno principal y dos secundarios); a continuación pasan por el prisma separador sin deflexión alguna (el trabajo que ejerce este elemento consiste en diferenciar los haces emitidos de los reflejados) y después por las lentes colimadoras encargadas de aumentar el diámetro del haz y reducir su divergencia.. Siguiendo con el trayecto ascendente de los tres haces; la luz emitida llega hasta la placa de 1/4 de onda. La intervención de este elemento produce un cambio del plano de polarización de los haces emitidos; de un estado llano dentro de una superficie pasa a ser circular. La importancia de este componente está en que también afecta a los haces reflejados (posteriormente en el sentido descendente se explicará su función). Se sigue con el ascenso hasta llegar a la lente de enfoque, que es de tipo convergente. Es fácil visualizarla, es la que está en el exterior; a través de ella los tres haces se dirigen directamente hacia la superficie del disco. Esta lente tiene movilidad en sus dos ejes; el vertical y el horizontal gracias a un sistema de dos bobinas entre imanes creando de esta manera dos campos magnéticos mediante el envío de corriente a cada una de las bobinas (Fig. 2.7). El haz contacta con la superficie del disco con un ancho de 800 micras, muy superior a las rayadas o partículas de polvo que normalmente puedan quedar remanentes en la superficie de plástico del disco. A partir de la superficie de contacto hasta la zona grabada, los rayos incidentes (recordemos que son tres) recorrerán 1,2 mm, e irán convergiendo hasta incidir en la superficie reflectante.


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Fig. 2.7: Sistema de dos ejes y mecanismo de movilidad de la lente.

En este paso, el haz láser golpea la superficie del disco. Las zonas llanas o en forma de salientes están cubiertas por la capa reflectante; éstas reciben el impacto de la luz en la superficie de las depresiones para reflejarse hacia el detector (Fig 2.8). La diferencia del nivel de salida dependerá de la distancia recorrida por el haz entre la superficie de espejo y la superficie de la depresión.

Fig. 2.8: Reflexión de la superficie del disco.

El sentido de vuelta de los haces de luz se realiza a través del mismo camino pero con la diferencia que retorna con una intensidad de luz modulada. El segundo viaje de vuelta pasa otra vez por la placa de 1/4 de onda los haces sufren un nuevo cambio en su plano de polarización; retorciendo la señal lumínica en 90º. Eso permite que en el siguiente paso que se efectúa a través del prisma separador, este dirija el haz de retorno hacia los cuatro diodos fotodetectores, que serán los encargados de convertir la información que viaja en el láser en una señal eléctrica.

Obtención del error de foco (FE) y seguimiento o tracking (TE): Cuando el haz láser está enfocado en la superficie del compact disc, se forma una circunferencia en el detector; (Fig 2.9). En el dibujo A puede observarse que la incidencia de la luz es igual por cada una de las cuatro partes del detector. Las salidas están combinadas de la siguiente manera: A+C y B+D, con el fin de poderse confrontar por medio de un circuito comparador. En el caso que nos ocupa, la salida dará cero voltios, eso indicará que el haz está perfectamente enfocado. Cuando la distancia entre la lente y la superficie del disco es menor, lo que demostraría que está fuera de enfoque; produce que el haz también esté ligeramente divergente; proyectándose en su retorno en forma de elipse en la superficie del detector, tal como se refleja en el dibujo B. Al golpear el haz sobre los segmentos A y C serán éstos los receptores de mayor intensidad


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lumínica, en relación a los detectores B y D. Si se realiza la comparación de A+D con B+D, el resultado es una salida de nivel positivo. Posteriormente el circuito amplificador y excitador, se encargarán de mover la lente, alejándola de la superficie del disco compacto, enfocando el haz láser hasta producir el patrón correcto en el detector, o sea, una circunferencia. Si la distancia entre el disco y la lente es mayor en relación a la que marca el patrón referencial, pero en condiciones opuestas a las anteriormente mencionadas; en este caso el haz de la superficie del disco se refracta de una manera más cerrada hacia la lente y en consecuencia, se enfoca más pronto de lo debido. Esto produce una forma de elipse, proyectada en los detectores B y D, reciben una intensidad de luz mayor que A y C; produciéndose en consecuencia una salida negativa del comparador. El amplificador excitador, en este caso, tenderá a mover la lente hacia la superficie del disco, enfocando el haz en el punto correcto.

Fig. 2.9: Sistema de enfoque.

Anteriormente se ha mencionado que el haz único que salía del emisor láser se convertía en tres haces por medio del sistema óptico adecuado para dicho fin. Se ha explicado que el haz principal lee las depresiones o pits de la superficie del disco, pero en el sistema de pickup que estamos exponiendo hay dos haces que tienen una función muy importante, diríamos que son las guías para que el haz principal no tenga despistes y se desplace hacia otras pistas descontroladamente. De la matriz citada anteriormente tendríamos que añadir los fotodiodos E y F. (Fig 2.10). El sistema se describe muy claramente en la figura 2.10. Se puede observar que cuando el haz principal está sobre los datos, ambos haces laterales también están ligeramente por encima de ellos. Si en un instante dado, ocurriera que el haz principal se saliera de la pista de datos, uno de los haces laterales estaría posicionado encima de ellos, como se puede observar en el dibujo 1, mientras que el otro haz estaría incidiendo completamente en la superficie de espejo. Entonces, las salidas de luz de los haces laterales o secundarios no serán equivalentes en su valor lumínico en la reflexión, mientras el haz principal no está en el centro de la pista de datos. Como se puede observar en la figura, el comparador «compara» la salida de estos detectores y controla las bobinas que ejercen el movimiento horizontal de la lente de foco (Dibujo 2).


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Si los haces secundarios están poco introducidos en la superficie de datos, el voltaje promedio de los dos es el mismo, por lo tanto, la salida del comparador será 0; en consecuencia con este estado de salida, no será necesaria una corrección de la posición de la lente por parte del sistema de servo.

Fig. 2.10: Seguimiento de pista.

El dispositivo de dos ejes del cual está dotado el pickup, contiene las bobinas de enfoque para mover la lente en su eje vertical en forma de ascenso y descenso y también dos pequeñas bobinas laterales, para ejercer el movimiento en sentido horizontal. Sin embargo, el movimiento horizontal de dicho dispositivo está limitado a causa de su dimensionado. Para que se realice el trabajo de lectura de las pistas del comienzo de la grabación hasta el final, es necesario un mecanismo adicional, el llamado por sled (deslizamiento). Con este sistema se moverá todo el conjunto óptico a través de toda la superficie de lectura del disco, y gracias al denominado motor de deslizamiento (Fig. 2.11 ).

Fig. 2.11: Sistema de desplazamiento del bloque óptico.


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En la Fig. 2.12 podemos observar el circuito básico donde se encuentran las bobinas de foco y seguimiento, y el dispositivo óptico de lectura que acoge a los diferentes fotodetectores, de donde se recogen sus salidas, que van a ser procesadas posteriormente por el amplificadsor de RF.

Fig. 2.12: Esquema eléctrico de la unidad óptica .

2.10.- Limpieza de la lente. El polvo volátil y molesto muchas veces puede ser un elemento interferidor del buen funcionamiento de muchos sistemas mecánicos y ópticos como en el caso que nos ocupa. Al posarse éste en la superficie de la lente de enfoque, se produce una disminución de la intensidad de los haces de láser incidentes sobre la superficie del disco, dando lugar a saltos de pistas y ruidos indeseables; o en el caso más grave pudiera ocurrir la no lectura del TOC (información de contenidos del disco), dejándolo de esta manera inutilizado para su reproducción. La solución para esto es simplemente la limpieza de la lente: Primer sistema: evita el contacto físico sobre la óptica. Si la superficie tiene una simple capa de polvo poco adherida en la lente de enfoque, se puede aplicar aire a presión mediante un spray o bien una pera de goma en la posición que indica la Fig. 2.13. Segundo sistema: Si el polvo adherido se resiste a la simple aplicación de aire a presión, utilizaremos un bastoncillo de algodón y limpiaremos la lente sin ejercer excesiva presión, con sumo cuidado. Después aplicaremos aire a presión con la pera.

Fig. 2.13: Limpieza de la lente. Angulo apropiado para la aplicación de aire a presión.


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Tercer sistema: Si los anteriores sistemas no han funcionado porque la lente esta sucia por componentes grasientos difíciles de limpiar en seco, en primer lugar humedecer sin exceso de líquido el extremos del palillo de algodón (usar líquido exclusivo para limpieza de lente, no usar nunca alcohol ni líquidos de limpieza de uso domestico, podríamos inutilizar la lente) y ejercer la limpieza secando después la lente con el otro extremo del palillo, y por último aplicar aire a presión para hacer desaparecer los pequeños residuos de algodón que puedan haber.

3.- AMPLIFICADOR DE RF. OBTENCIÓN DE LA SEÑAL DE RF y EFM. El haz principal de láser que regresa del disco incide en un mosaico formado por los cuatro fotodiodos marcados como A, B, C y D. Estos a su vez están unidos en parejas con las que se obtienen dos salidas de señal (A+C) y (B+D) que se aplicarán a un preamplificador , en el que se convierten de corriente a tensión y después se suman para obtener la señal RF (Read frame =lectura de cuadro), que es la que contiene los datos del CD (Fig. 3.1).

Fig. 3.1: Circuito amplificador de RF.

Esta señal está compuesta por un conjunto de ondas sinusoidales (Fig. 3.2), cuyas frecuencias oscilan entre 196 y 720 Khz aproximadamente. Por supuesto, la señal ideal consistiría en obtener una señal EFM en las salidas de los fotodetectores, pero esto no es así debido al efecto físico del disco, como combeo, errores de enfoque por un haz excesivamente ancho del láser, los tiempos de respuesta y la forma de los pits, que realmente no tienen una geometría rectangular perfecta, mas bien padecen de cierto perfil redondeado. Todos estos factores se combinan entre sí para producir una onda sinusoidal de los fotodiodos que se denomina RF.

Fig. 3.2: Señal de RF partiendo de un CD patrón.


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El siguiente paso se basa en un circuito para la formación de onda a nivel digital para poder ser legible por los circuitos lógicos y microprocesadores. La señal de RF del circuito amplificador reproduce una señal heterogénea debido a las irregularidades del disco; lo ideal sería que la señal tuviera las cualidades digitales que se requieren, pero dada la dificultad que entraña este hecho por cuestiones físicas ineludibles del medio, tiene que adecuarse un circuito para su conversión a señal de EFM. Este circuito detecta los puntos cero de cruce correctos del patrón ocular y transforma la señal a niveles cuadrados legibles (Fig. 3.3).

Fig. 3.3: Señal de RF y EFM.

En la Fig. 3.4 se observan las señales de los fotodiodos acoplados a un amplificador de RF de SONY, constituido por el circuito integrado CXA1881M. En este integrado se obtiene la señal de RF por las patilla 1 y 2 y la señal EFM por la patilla 27. En este circuito integrado también aparecen las señales de error de foco FE y error de seguimiento o de tracking TE comentadas en el apartado 2.7 que irán a los servocircuitos. No todos los circuitos integrados nos dan las dos señales de RF y EFM a la vez. En algunas ocasiones la señal EFM nos la da el circuito procesador de servos.

Fig. 3.4: Amplificador de RF con el CXA1881M de Sony.

La señal EFM que trae toda la información grabada (audio, control, sincronismos, etc.), se introducirá a los circuitos integrados y microprocesadores de señal de audio, servos para el control de foco y tracking y otros circuitos relacionados con el display.


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4.- SERVOSISTEMAS. Un servosistema de control es un sistema en el cual el valor de una señal variable, que se quiere controlar a un valor deseado, se compara con un valor de referencia. La diferencia entre estas dos señales genera un error que actuará sobre el sistema para que el valor de la variable que se quiere controlar se ajuste al deseado. Generalmente, los CD tienen cuatro servos el de enfoque, del de seguimiento (tracking), el de deslizamiento, y el del motor del disco o CLV (Fig.5.2).

4.1.- El servocircuito de enfoque. Controla el movimiento vertical del mecanismo de dos ejes del pickup, actuando sobre la bobina de foco, y asegura que el punto de enfoque del rayo láser se sitúe con precisión en la superficie grabada del disco. La tensión de error de foco (FE) que se obtenía de la comparación de las señales de los fotodiodos (A+C) y (B+D), es cero en ausencia de error y adquiere valores positivos o negativos ante alejamiento o acercamiento del disco como consecuencia de sus errores. El servo de enfoque actúa del modo indicado durante la reproducción del disco pero, al incio, cuando se introduce el CD, se tiene que localizar el punto óptimo de foco, operación que es denominada búsqueda de foco, y que se efectua mediante un programa residente en la ROM del microprocesador. Cuando se cierra la bandeja del reproductor de CD y el microprocesador recibe información de ello, este genera órdenes que aplica al procesador de audio y a los servocircuitos, hasta que se localiza el foco correcto.

4.2.- El servocircuito de seguimiento (tracking). Es el encargado de mantener el haz de láser en el espirar del disco que contiene la información. Controla el movimiento horizontal del mecanismo de dos ejes, actuando sobre la bobina de tracking, y obliga al rayo láser a seguir las pistas del disco. Este servocircuito recibe la señal de error de tracking (TE) generada por los fotodiodos E y F, y proporcionará una tensión de corrección que se aplica a la bobina de seguimiento o tracking para que la lente del captador se desplace en el sentido este-oeste. El funcionamiento descrito corresponde al funcionamiento normal del disco, pero antes hay que localizar la espirar, lo que supone que el microprocesador emita ordenes al servo correspondiente para que se mueva y localice los datos de la pista seleccionada.

4.3.- El servocircuito de deslizamiento. Acciona el motor de deslizamiento que desplaza el bloque óptico a través del disco. Cuando la señal de error de tracking supera un valor determinado y llega al límite de corrección el servo de tracking, el servo de deslizamiento hace que funcione el motor de deslizamiento del bloque óptico (también llamado motor de corredera).

4.4.- El servocircuito del motor de disco o servo CLV (velocidad lineal constante). Controla la velocidad del motor, garantizando que el disco sea leído a una velocidad lineal. El servo CLV gobierna el motor del disco para que la longitud de pista recorrida por el captador sea la misma tanto en el comienzo de la lectura como al final, y con ello que el flujo de datos proporcionados sea de 4,3218 Mb/s. Para ello, el motor comienza girando a 500 rpm en el interior del disco y decrece progresivamente hasta alcanzar las 200 rpm en el exterior de este. La información del disco se registra en bloques de 588 bits, cada bloque comienza con una palabra de sincronización que se utiliza para controlar la velocidad del disco. La señal EFM contiene la información de sincronismo que va a permitir controlar el sevocircuito de CLV. En la Fig. 5.1 observamos el conjunto de la unidad mecánica de un reproductor de CD.


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5.- ESQUEMA DE BLOQUES DE UN REPRODUCTOR DE CD. Disc clamp

Disco compacto EFM Señal RF A+B+C+D

Bloque óptico M

Señal de E y F

Amplificador RF, obtención error de foco y tracking

muting

RF

Procesador de datos (Audio)

TE FE

Filtro paso bajo

Canal izquierdo

Canal derecho

Conversor D/A muting

Filtro paso bajo

M

M

A la bobina de foco

A la bobina de tracking

Motor de corredera

APC (control automático de potencia del láser)

Motor del disco

Motor de carga del CD

Procesador de Servos

Servo de Foco

Circuitos de potencia

Servo de seguimiento (tracking)

Servo de deslizamiento

Servo del motor del disco (CLV)

Microprocesador (SYSCOM)

Presencia pickup en el inicio de lectura

Bandeja abierta/cerrada

Teclado

Receptor de infrarrojos

Fig. 5.2: Esquema de bloques de un reproductor de CD.


Fig. 5.1: Unidad mecánica de un reproductor de CD.

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El esquema de bloques de un reproductor de CD básico está representado en la Fig. 5.2. No obstante puede existir algunos reproductores de CDs que difieran algo de este. En los siguientes apartados iremos explicando el resto de componentes del reproductor de CD.

6.- PROCESADOR DE DATOS DE AUDIO. La señal EFM, proveniente del amplificador de RF o del circuito de servocontrol, se entrega al procesador digital de audio (DSP), donde se realizan las operaciones al compás de un pulso de reloj. El denominado proceso de audio supone todo el tratamiento de la señal de RF hasta obtener el flujo de datos de audio para aplicarlo a los convertidores D/A externos. En este dispositivo se efectuará: • • •

La demodulación de EFM. La detección y corrección de errores. El reagrupamiento de los símbolos para formar palabras de 16 bits de audio, destinadas a los convertidores D/A

7.- CONVERSIÓN D/A, FILTRADO Y MUTE. Una vez tenemos la datos digitales reagrupados en el procesador de datos de audio, estos pasarán al convertidor D/A, convirtiéndose en valores analógicos, y apareciendo estos en dos salidas una para el canal izquierdo y otra para el derecho. Posteriormente a la conversión D/A, la señal de audio debe ser filtrada para suprimir la frecuencia de muestreo, y aplicando el mute entre pasajes musicales. Para efectuar el mute entre pasajes musicales, la CPU proporciona un bit de control que actuará sobre el circuito de mute.

8.- La CPU – EL SISTEMA DE CONTROL. La CPU (Unidad de proceso central), basada en un microprocesador; podría decirse que es el director general de todo el conjunto de partes que se han comentado. Su labor es controlar la gestión de las señales del interior del reproductor, y también sus vías de conexión con el mundo exterior mediante un teclado; a través de él, el usuario le manda las órdenes que desea ejecutar, por ejemplo: Avance, retroceso, stop, repetir, memorizar número de selecciones musicales, etc... También la CPU tiene la posibilidad de mostrar o enseñar el trabajo que está ejerciendo, y si las órdenes recibidas las ejecuta. Para ello todos los reproductores van provistos de una pantalla, la cual ejerce de monitor para mostrar al usuario los datos que desea y las órdenes de programación que pueda ejecutar mediante el teclado. El sistema de control estará basado en un microcontrolador, el cual efectúa la exploración del teclado local, el multiplexado de los dígitos fluorescentes del display y la decodificación de los comandos de control remoto. Mediante sus puertos y el software contenido en su ROM interna, proporciona un conjunto de líneas de entrada y salida para el control del reproductor del CD. Sus conexiones principales son las siguientes: a) Sincronismo: Proporciona líneas de entrada y salida para acciones de sincronización de equipos externos. b) Control remoto: El receptor de infrarrojos permite captar, demodular y amplificar las radiaciones de infrarrojos emitidas por el módulo del mando, proporcionando así los comandos que serán interpretados y ejecutados por la CPU. c) Control del láser: Generalmente controlará el encendido y apagado del láser, y también pudiera actuar sobre el control automático de potencia del láser. d) Control del motor de la bandeja: Un microinterruptor informará a la CPU si la bandeja del CD está abierta o cerrada, para que la CPU pueda dar la orden de para el motor. e) El bus de datos: El microcontrolador proporcionará un bus de datos a través del cual envía comandos de control al procesador de audio y al procesador de servos.


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9.- ORDEN DE ACTUACIÓN DE LOS SERVOCIRCUITOS EN EL CD. •

Se oprime el botón de la puesta en marcha.

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Se cierra la bandeja y se comprueba la presencia de disco.

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El motor de deslizamiento se mueve hacia dentro, hasta que active el interruptor detector de límite de situación, para posteriormente mover ligeramente el motor de deslizamiento hacia fuera, colocando el haz de lectura láser sobre la tabla de contenidos TOC.

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El láser es encendido mediante una señal de activación llamada normalmente LDON que proviene del sistema de control.

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Se ubica correctamente el bloque óptico para la búsqueda de foco sobre la superficie del disco mediante el acercamiento paulatino de la lente hacia la superficie del mismo, produciendo durante este ascenso el nivel adecuado de señal de RF-EFMI, que producirá igualmente un nivel de señal adecuado de FOK, la cual indicará al sistema de control que la lente se encuentra dentro de la zona de actuación óptima del servo de foco y se pasa al siguiente paso.

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El disco gira mediante un impulso de rotación llamado normalmente KICK (arranque) y se realiza la búsqueda de tracking.

La realimentación que requiere el motor de giro del disco de CLV se consigue a partir de la señal EFM. Como sabemos que esta señal se produce únicamente cuando el disco gira y el dispositivo de lectura óptica capta los datos grabados sobre el disco, para que el servo de CLV pueda funcionar necesita de un pequeño impulso de arranque llamado KICK, que produzca la aparición de la señal EFMI durante un breve período de tiempo hasta producir el flujo de datos y, por tanto, la señal EFMI. • Posteriormente se realiza la búsqueda correcta de CLV acorde al flujo de datos. • Una vez que el seguimiento de tracking ha sido logrado se pasa al siguiente paso. • Se produce la lectura del índice de la tabla de contenidos (TOC). Visualización del índice en el display del reproductor para conocimiento del usuario. • El aparato pasa a stan-bv. Se espera una orden de puesta en marcha mediante la pulsación de la tecla de PLAY por el usuario.


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10.- REPRODUCTOR DE CD PIOONER MOD PD-204. • •

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Captador o pickup: Está situado en la parte superior derecha del esquema, y en el podemos ver las bobinas de foco y tracking, el diodo láser LD, el diodo monitor MD para el control de potencia del láser, y el conjunto de fotodiodos detectores de la señal reflejada del láser. Control automático de potencia del láser: Cuando el diodo láser emite, el fotodiodo monitor recibe esta emisión, con lo que si se produce alguna variación esta será detectada por el fotodiodo actuando este sobre el control automático de potencia que se encuentra dentro del IC101, y actuando este sobre el transistor Q101 que conducirá más o menos corriente para el láser. Cuando hay que activar al diodo láser el microcontrolador dará una orden a través de su terminal denominado LDON.

Amplificador de RF: Está constituido por el IC101. Este nos da la señal de RF por la patilla 18, la señal de error de foco FE por la 16 y la señal de error de tracking TE por la 14. Servo de enfoque: El circuito integrado procesador de servos es el IC151. La señal FE se aplica al potenciómetro de ajuste de la ganancia del circuito y, desde este, a los terminales 46 y 47 del procesador de servos IC151. La señal FE será procesada y el procesador de servos generará una salida a través de su terminal 5, que será aplicada al terminal 2 del IC202, actuando este como etapa de potencia para poder excitar a la bobina de foco. La red RC conectada a la salida del amplificador y masa permite amortiguar las variaciones rápidas de la tensión de error de foco, para las que el actuador carece de velocidad de respuesta. Al inicio cuando introducimos un CD, se tiene que localizar el punto óptimo de foo, operación que es denominada búsqueda de foco, y que se efectúa mediante un programa residente en la ROM del microcontrolador. Cuando se cierra la bandeja y el microcontrolador recibe información de ello, este genera órdenes que se aplicarán al procesador de audio y de éste al de servo para que genere una tensión de rampa de búsqueda, que de lugar a que el actuador se mueva en el sentido indicado para buscar el punto óptimo de foco. Cuando se localiza el foco, el procesador de servos IC151 proporciona la orden FOK (foco correcto) por el terminal 33, que se aplica al terminal 38 del microcontrolador IC351 para que detenga el proceso de búsqueda.


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Servo del tracking: Los fotodiodos E y F están conectados a los terminales 6 y 7 del IC101 (amplificador de RF), proporcionando este circuito integrado la tensión de error de tracking TE en su terminal 14. Para que la señal TE sea cero en ausencia de error, el circuito lleva una resistencia variable en el terminal 13 (VR102) para el ajuste de offset. La tensión de error es aplicada a la resistencia variable VR141 para ajuste de ganancia, y al terminal 42 del procesador de servos IC151. El procesador de servos genera una salida en su terminal 11 que a través del amplificador de corriente IC202, actuará sobre la bobina de tracking. Cuando hay que localiza una pista o espiral al principio del funcionamiento, o bien cuando queremos localizar un tema determinado en el centro del CD, el microcontrolador, a través del procesador de audio, proporciona órdenes por los terminales 24 (datos) y 22 (reloj) para que se genere una tensión en rampa en el terminal 11 del IC151, desde el que se aplica al amplificador de corriente IC202, dando lugar a que la bobina de tracking mueva el captador para localizar la pista. Cuando se localizan las pistas, el IC 151 proporciona por su terminal 29 la señal MIRROR, la cual se aplica al procesador de audio y desde éste al microcontrolador para que finalice el proceso de búsqueda.


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Servo de deslizamiento del bloque óptico: La tensión de error de tracking incide también en el terminal 7 del IC202; cuando la tensión de error alcanza un valor que se corresponde con el límite de corrección de la bobina de tracking, el controlador de servos IC151 proporciona por su terminal 14 una tensión que a través del amplificador de corriente IC102 hará que se mueva el motor de corredera. Por tanto, si con el movimiento que proporciona la bobina de tracking no es suficiente para localizar la pista, se dará orden al motor de corredera para que mueva el bloque óptico hasta localizar la pista buscada. El circuito serie RC conectado a la salida del amplificador IC202 permite integrar los diferentes picos para obtener con ello una tensión suave de control del motor.

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.El servocircuito del motor de disco o servo CLV: El servo CLV se procesa en el procesador digital de datos IC301. Para que la reproducción de un CD funcione correctamente el flujo de datos leído por unidad de tiempo debe ser siempre el mismo (4,3218 Mhz). Dentro del proceso digital de audio se extraen dos señales fundamentales: WFCK (write frame clock), que es una señal de una frecuencia que varía al variar la velocidad lineal de lectura del flujo de datos. La otra señal es una señal que posee una frecuencia de sincronismo de trama estable, ya que procede de un reloj. Cuando las dos señales tienen distinta frecuencia se genera una señal de error que actúa sobre el motor del disco, haciendo variar la velocidad de este.


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Procesador de audio: El circuito integrado principal encargado del proceso de audio es el IC301. La señal que proviene de los fotodiodos detectores es aplicada al IC101, donde se obtiene la señal de RF. Esta señal de RF es introducida en el procesador de servos, y en él se obtiene la señal EFM, que a su vez será introducida en el procesador de audio IC301, donde se demodulará la señal EFM. Una vez se ha demodulado la señal de EFM , los datos son transferidos a los circuitos CIRC para la corrección de errores. Posteriormente los símbolos de audio serán reagrupados. Junto con el flujo de datos y su reloj, el procesador proporciona una señal de identificación de los canales izquierdo y derecho. Tales señales están presentes en los terminales 34 (datos), 35 (reloj de datos), 32 (señal de identificación del canal izquierdo o derecho), las cuales se aplican al doble convertidor D/A, IC401. Los datos digitales reagrupados en el procesador IC301 son sobremuestreados por el filtro digital IC401 y convertidos a valores analógicos en el mismo circuito. Se obtienen así las tensiones analógicas en los terminales 9 y 5 para ambos canales, que se aplican a los terminales de salida. Posteriormente a la conversión D/A, la señal de audio debe ser filtrada para suprimir la frecuencia de muestreo; esta función la cumple la red RC dispuesta entre la salida y la entrada de cada rama de IC405. Para efectuar el mute entre pasajes musicales principalmente, el microcontrolador proporciona un bit de control por el terminal 12 que se aplica a Q405, el cual gobierna los transistores conmutadores Q403 y Q404 unidos a las líneas de salida de audio.


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Sistema de control:

El sistema de control está basado en el microcontrolador PD4590 (IC351), el cual efectúa la exploración del teclado local, el multip!exado de los dígitos fluorescentes y la decodificación de los comandos de control remoto. Su disposición se puede observar en la siguiente figura. Mediante sus puertos y el software contenido en su ROM interna, proporciona un conjunto de líneas de entrado y salida para control del reproductor. Sus conexiones principales son las siguientes: Sincronismo: Proporciona líneas de entrada y de salida por los terminales 31 y 13 respectivamente paro acciones de sincronización de equipos externos. Control remoto: El receptor de infrarrojos de tres terminales permite captar, demodular y amplificar las radiaciones de infrarrojos emitidas por el módulo de mando, proporcionando así los comandos correspondientes que se aplican al terminal 35 del microcontrolador. Control del láser: El microcontrolador proporciona control de apagado/encendido para el láser por el terminal 55. Tal información se aplica al terminal 19 de IC1O1 y en éste al bloque APC que controlo la conducción de Q1O1, el cual proporciona la corriente necesaria al diodo láser contenido en el captador. Control del motor de la bandeja: Para el control del motor de ¡a bandeja, el microcontrolador proporciona los estados lógicos correspondientes por los terminales 41 (cerrar) y 42 (abrir), los cuales se aplican a IC201, que es el que controla el motor. Para obtener información de situación, en el alojamiento de la bandeja se han dispuesto microinterruptores que dan información al microcontrolador del final de la acción. Tal información se aplica a tos terminales 46 (bandeja cerrada) y 45 (bandeja abierta) para que el microcontrolador retire los estados lógicos de los terminales 41 y 42 en orden a detener el motor. Bus be batos: El microcontrolador proporciona un bus de formato serie a través del que envía comandos de control al procesador de audio y, desde éste, al procesador de los servos. Sus líneas son DATOS, terminal 33 y CLK (reloj), terminal 32. Control de los subcódigos: El microcontrolador recibe las señales correspondientes a los subcódigos para decodificar e interpretar su contenido. Tales señales son:


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SCOR: Señal representativa del sincronismo de los subcódigos (S0+S1). Es el reloj de la línea de datos indicada como bit Q.

BIT Q: Flujo de datos de los subcódigos (símbolo C & C) destinado a presentar datos en pantalla (número del pasaje musical, nombre, etc), después de su tratamiento. GFS:

Señal que constituye una bandera para dar información del estado de la línea bit Q. Cuando los datos de esta contienen errores, se avisa al microcontrolador de que no los acepte.


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Tema nº 13: Equipos de Emisión-Recepción de Radio

Equipos de Sonido

Equipos de Emisión-Recepción de Radio 1. TRANSMISIÓN POR RADIO. Toda corriente lleva asociado un campo magnético. Si la corriente varía, el campo magnético asociado a ella también lo hace. Cuando la corriente es alterna, el campo se expande y se retrae hacia el conductor que transporta la corriente; sin embargo, si la frecuencia de la corriente alterna es suficientemente grande, no hay tiempo para que el campo se retraiga hacia el conductor, de manera que el flujo de dicho campo se encuentra con la expansión del flujo generado por la siguiente alternancia de la corriente, produciéndose una emisión o radiación de una parte del campo hacia el espacio, en forma de onda. En el principio descrito se basa la transmisión por el aire o por el espacio de las ondas electromagnéticas. Las frecuencias de valor suficiente para ser emitidas con rendimiento pertenecen al espectro de las radiofrecuencias (RF) que se extiende por encima de los 30 Khz. Si las ondas electromagnéticas emitidas encuentran un conductor, inducen en él corrientes variables que reproducirán las variaciones de dichas ondas. De esta manera, se completa el ciclo de emisión, transporte a través del aire o del espacio y recepción de una onda electromagnética. Cuando este efecto se quiere producir de manera voluntaria, se utilizan antenas para facilitar la emisión y recepción de la onda. Las antenas son conductores que se diseñan para emitir las ondas electromagnéticas o para recibir las ondas emitidas que están presentes en el aire o en el espacio. El proceso de emisión – recepción de radio se esquematiza en la Figura 1. El micrófono capta las ondas de sonido y las transforma en corrientes de audiofrecuencia, es decir, de baja frecuencia (BF); seguidamente tiene lugar en el centro emisor su conversión en corrientes de radiofrecuencia (RF), que se envían luego a la antena emisora, la cual las emite al espacio en forma de ondas electromagnéticas. La antena receptora no capta más que una ínfima parte de la energía radiada en RF; esta energía, transmitida al receptor, se convierte en corrientes de audiofrecuencia mediante varios circuitos. El altavoz genera finalmente ondas de sonido.

Figura 1. Emisora de radiofusión.


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2. MODULACIÓN. Un emisor de radio emite a través de la antena una corriente alterna de alta frecuencia denominada portadora. A esta portadora se le inserta una señal de baja frecuencia (voz, música, datos, video) denominada moduladora. El proceso de insertar la información en una onda portadora se denomina modulación. El proceso de modulación consiste en hacer variar alguna característica de la onda portadora de acuerdo con la onda moduladora de baja frecuencia. Así una antena emisora emitirá una señal que es igual a una portadora de alta frecuencia modulada con una señal moduladora de baja frecuencia. Los tipos de modulación más comunes son la modulación de amplitud (AM) y la modulación en frecuencia (FM). En la modulación en amplitud (AM), la portadora modifica su amplitud en función de la amplitud de la señal moduladora de baja frecuencia. En la modulación de frecuencia (FM), la portadora modifica su frecuencia en función de la amplitud de la señal moduladora.

2.1. Modulación en amplitud (AM). El diagrama de bloques de la Figura 2 representa un transmisor de AM para señales de audio. El oscilador genera una onda portadora de radiofrecuencia (RF). La siguiente etapa es un amplificador de RF, que se encarga de proporcionar suficiente señal al amplificador de potencia, además de adaptar la carga del oscilador y mejorar la estabilidad en frecuencia.

Figura 2. Diagrama de bloques de un transmisor de AM.

La etapa de amplificación de potencia aporta la corriente necesaria para obtener en la antena la potencia de emisión necesaria. Cuanto mayor sea la corriente en la antena, más potente será la onda electromagnética emitida y mayor será la distancia alcanzada por dicha onda. Por otro lado, el amplificador de potencia está modulado por la señal de audio, de manera que las variaciones de la amplitud de la señal de RF reproducen la señal de audio, emitiéndose por la antena de esta manera. La etapa de potencia tiene que cumplir las condiciones de impedancia de salida necesaria para conectarse correctamente a la antena y conseguir un rendimiento adecuado. Las variaciones de amplitud de la portadora de RF proporcionan un perfil que corresponde a la señal moduladora, siendo este perfil simétrico con respecto al eje horizontal de la portadora. Este perfil recibe el nombre de envolvente de modulación. Hay que hacer notar que esta envolvente no es una señal en sí misma, sino variaciones de amplitud de la portadora de RF. Como se puede ver, la información de la señal moduladora está duplicada, puesto que tanto la envolvente por encima del eje como por debajo del mismo reproducen la forma de dicha señal.

2.2.- Modulación en frecuencia (FM). En la modulación en frecuencia, la frecuencia de la portadora fp es variada al ritmo de la tensión de baja frecuencia VBF de la señal moduladora. Es decir, al aumentar la tensión de baja frecuencia crece el valor de la frecuencia de la portadora y al disminuir la tensión de baja frecuencia, la frecuencia de la


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portadora decrece a su vez, tal y como se ve en la Figura 3. La FM presenta la ventaja sobre la AM, de que las señales moduladas en frecuencia son menos afectadas por tensiones perturbadoras

Figura 3. Modulación en Frecuencia FM.

3. ANTENAS RECEPTORAS: 3.1. Principio de funcionamiento de una antena. Recibe la denominación de antena receptora toda varilla o hilo metálico que tiene por misión captar las ondas emitidas por una estación emisora y conducirlas al receptor. Para comprender el funcionamiento de una antena supóngase un circuito oscilante como el de la Figura 4 al que se le aplicará una señal alterna determinada. Si al citado circuito le separamos las placas del condensador y estiramos las espiras de la bobina habremos conseguido un trozo de conductor recto que tiene las propiedades de un circuito oscilante y que se denomina dipolo. Supongamos ahora el conductor metálico anterior en el que están presentes electrones (Figura 5). Si excitamos dicho circuito oscilante estirado, por ejemplo mediante una bobina exterior, los electrones se moverán de un lado al otro del dipolo. Se forman entre los extremos del condensador campos eléctricos, a los que le corresponden campos magnéticos en el entorno de la bobina que se expandirán en el espacio libre. Las longitudes de las antenas dependen de la longitud de onda de la señal a recibir.

Figura 4. Circuito oscilante de una antena

Figura 5.


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3.2. Antenas de Barra y telescópicas. De un dipolo vertical se obtiene la antena de barra, la cual está constituida por la mitad superior de una antena dipolo, con una longitud igual a la cuarta parte de la longitud de onda que se desea recibir. Colocando la antena de barra perpendicularmente sobre una superficie conductora, esta actuará como un espejo para las ondas radioeléctricas. Las antenas de barra son utilizadas, por ejemplo, en los automóviles. El techo del vehículo actúa como superficie reflectora. Cuando se desean recibir señales de diferentes longitudes de onda se recurre a las antenas telescópicas, para poder ajustar la longitud de la antena a la longitud de onda de la emisora que se desea recibir. Otro sistema de ajustar la longitud de la antena a la longitud de la onda de la emisora consiste en conectar en serie con la antena una bobina, con lo cual se alarga o bien conectar un condensador en serie con la antena, en cuyo caso se acorta la longitud de la antena (Figura 6). Figura 6. Antena telescópica

3.3. Efecto direccional de las antenas. Las antenas dipolo receptoras captan con la máxima intensidad las señales procedentes de la derecha o izquierda. Si colocamos paralelamente al dipolo un elemento R que no esté eléctricamente unida a la línea de la antena, éste hace las funciones de Reflector (Figura 7). Con esta disposición se deforma la característica radial de la antena alargándose hacia la derecha, captando mejor las señales provenientes de la derecha y empeorando la recepción de las señales procedentes de la izquierda. Añadiendo un elemento reflector a la antena ésta se hace direccional, es decir mejora la recepción cuando se encuentra enfocada hacia una dirección determinada. Otra manera de obtener un efecto direccional de la antena es colocar frente al dipolo, entre éste y la emisora, un elemento algo más corto que la antena dipolo y que recibe el nombre de Director. Este elemento en cierto modo dirige las ondas hacia el dipolo. A una antena dipolo se le puede equipar con muchos directores, obteniéndose así una antena de varios elementos o antena Yagi.

Figura 7. Direccionalidad de las antenas.

3.4. Ganancia de una Antena. Expresa el número de veces que la tensión inducida en la antena es mayor que en un dipolo sencillo. Se expresa en decibelios: Ganancia (dB) = 20log(V2/V1). En donde V2 es la tensión de recepción de la antena considerada y V1 la tensión de recepción de una antena dipolo sencilla.


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3.5. Antenas para AM. En AM se han desarrollado un tipo de ferritas que se utiliza como núcleo de las bobinas de sintonía, con el fin de poder reducir el tamaño de la bobina (Figura 8). La orientación de estas ferritas es vital para seleccionar una emisora. La máxima señal se recibe cuando la emisión es perpendicular a la ferrita, siendo prácticamente nula si la emisión es paralela a la ferrita. También existen las antenas exteriores, tales como un hilo aislado por los extremos. En este caso habrá poca directividad debido a su longitud, y se deberá orientar la antena perpendicularmente a la dirección de recepción.

3.6. Antenas para FM. En FM las ferritas son muy escasas y su permeabilidad es insuficiente, razón por la cual no son prácticamente utilizadas para estas frecuencias de recepción. Para la recepción en FM se utilizan pues dipolos exteriores o interiores. Las antenas dipolo mas utilizadas para la recepción en FM son: •

Antena dipolo simple para FM:

Su forma y dimensiones son las de la Figura 9. Su impedancia es de 75 Ω, capta la máxima energía cuando la señal incide sobre ella perpendicularmente. Es una antena bidireccional, ya que sólo puede recibir las señales procedentes de emisoras situadas delante y detrás del dipolo.

Figura 9. Antena dipolo simple para FM.

Figura 8. Antena de Ferrita para AM

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Antena omnidireccional para FM:

Consta de dos dipolos situados perpendicularmente uno con respecto al otro y que permite recibir emisiones de todas direcciones (Figura 10). •

Antena dipolo plegado para FM:

Está formada por un bucle cerrado (Figura 11), y tiene la ventaja sobre el dipolo simple de no requerir un punto de fijación aislado, es decir, que la unión entre el dipolo y el mástil de sujección no tienen por qué estar aislado eléctricamente. La ganancia de esta antena es la misma que la del dipolo simple, pero su impedancia es de 300 Ω.

Figura 10

Figura 11


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Antenas dipolos plegados con elementos parásitos para FM:

Es la que ya utiliza elementos reflectores y directores además de la antena dipolo. Las ganancias de estas antenas son superiores a la de los dipolos plegados. Su impedancia es de 75 Ω (Ver Figura12).

Figura 12. Antenas dipolos plegados

3.7. Línea de bajada de antena y adaptación de impedancias. Es el conductor que une la antena con el receptor de radio. La conexión de la antena con el receptor deberá hacerse con un cable coaxial o bifilar de igual impedancia que la antena y conectarse a esta misma impedancia de 300 o 75 Ω al receptor. La impedancia de la antena debe ser igual a la del cable de bajada e igual a la de entrada del receptor para que se produzca la máxima transmisión de potencia. En caso de no poseer el receptor una entrada apropiada, se efectuará un cambio de impedancia con un transformador de adaptación (balum) de 300Ω a 75Ω, que es reversible. También existen adaptadores de impedancias para FM para intercalarlos entre el enchufe base de antena y la entrada de antena del receptor, tal y como se ve en la Figura13. Figura 13. El adaptador de impedancias se intercala entre la base de toma de antena y la entrada de antena del radiorreceptor.


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3.8. Atenuación de una línea. Es la disminución de la corriente y de la tensión a lo largo de la línea, consecuencia de su resistencia óhmica, se expresa en decibelios. Se mide la tensión de entrada V1 y la tensión de salida V2 en la línea: Atenuación (dB) =20log (V1/V2)

3.9. Cables para líneas de bajada. Pueden ser de dos tipos básicamente: Líneas simétricas constituidas por cable bifilar o cable coaxial respectivamente.

y líneas asimétricas (Figura 14),

Figura 14

4. RECEPTORES DE RADIO. Un receptor recibe la señal portadora de radiofrecuencia RF enviada por un transmisor. La salida del receptor es la información recibida en forma de señal de audio. Las misiones del receptor de radio serán: 1. 2. 3. 4.

Seleccionar la frecuencia portadora deseada. Amplificar la señal portadora modulada. Recuperar o detectar la modulación de baja frecuencia de la portadora. Amplificar la salida de la señal de baja frecuencia recuperada.

Así el receptor de radio más básico denominado receptor homodino tendrá los bloques reflejados en la Figura 15.

Amplificador RF

Demodulacor o detector

Amplificador BF

Figura15. Receptor homodino.


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En la actualidad este tipo de receptor es muy poco utilizado, dado que es muy difícil conseguir alta ganancia y buena selectividad en amplificadores de radiofrecuencia. Para paliar estos problemas surgió el receptor superheterodino. Este circuito básicamente convierte la frecuencia de la portadora a una nueva frecuencia denominada frecuencia intermedia (FI), que es la que se somete al resto del proceso de amplificación, detección de la señal modulada y amplificación de Baja Frecuencia.

4.1. Esquema de bloques de un Receptor de AM. Se encuentra en la Figura 16 y su funcionamiento general es como sigue: La débil señal recibida en la antena es introducida mediante un circuito de acoplo a un amplificador de radiofrecuencia selectivo, que se encarga de amplificar la señal antes de aplicarla a otro bloque. La elección de la emisora que queremos recibir se hará regulando los condensadores C1, C2 y C3, que están acoplados mecánicamente en un mismo eje, y las inducciones L1, L2 y L3 que forman con ellos tres circuitos resonantes para la frecuencia de la portadora que se desea sintonizar. ANTENA

560 a 1600 Khz Mezclador

Amplif icador de RF

L1

C1

L2

456 Khz Amplif icador de FI

0 a 4500 Khz Detector

ALTAVOZ Amplif icador de BF

C2

Oscilador Local

L3

C3

Conv ertidor de Frecuencia

C.A.G

Figura 16. Esquema de bloques de un receptor de AM.

El segundo bloque es el mezclador que se encarga de batir o mezclar la señal de RF con la señal producida por el oscilador local. Este oscilador, junto con la etapa mezcladora, forman el bloque convertidor de frecuencia. La frecuencia del oscilador local varía con la frecuencia sintonizada, de manera que siempre difiere de la señal recibida en la misma cantidad (frecuencia intermedia), debido a que, en su circuito de sintonía formado por L3 y C3, el condensador modifica su valor al mismo tiempo que el condensador C1 del circuito de sintonía de la antena, por estar unidos mecánicamente. Una vez mezcladas ambas señales (oscilador local y amplificador de RF), a la salida del mezclador obtenemos una señal de frecuencia fija (sea cual sea la emisora seleccionada) denominada frecuencia intermedia (FI), que será aplicada al amplificador de FI que estará sintonizada a dicha frecuencia. La señal de FI es todavía una señal modulada y guarda toda la información de baja frecuencia que queremos reproducir. Cuando la señal de FI ha sido amplificada pasará al Detector que será el encargado de extraer la información de audio de la señal de FI modulada en amplitud. Finalmente, una etapa amplificadora de audio proporciona suficiente potencia como para atacar al altavoz. Dependiendo de la lejanía de la emisora, potencia de emisión, condiciones de propagación de las señales, el nivel de señal recibido por un receptor puede variar continuamente, dando lugar a continuas variaciones del volumen de audio. Para evitar esto se utiliza un circuito denominado control automático de ganancia (CAG), que consigue mantener un nivel constante de la potencia de audio.


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4.2. Esquema de bloques de un Receptor de FM. Al ser la frecuencia más elevada, se necesita dar un tratamiento diferente a este tipo de receptores. Además en FM se transmite en alta fidelidad (HI-FI) ya sea en mono o en estéreo. Un esquema de bloques de un receptor de FM se encuentra representado en la Figura 17. El sistema es de tipo superheterodino como en AM. La señal, desde que se recibe en la antena, sigue un proceso similar al receptor AM, hasta ser amplificada por el amplificador de FI. ANTENA

Muting

86.5 a 108 Mhz Amplif icador de RF

Conv ertidor de Frecuencia

10.7 Mhz

Mezclador

Amplif icador de FI

10.7 Mhz Limitador

Discriminador

Señal Multiplex 30 a 74 Khz L1

C1

L2

C2 Decodif icador Estéreo

Oscilador Local

L3

Filtro MPX 19 Khz, 38 Khz, SCA

C3 Amplif icador de BF CD

CI

C.A.F

C.A.G

30 a 15 Khz

Figura 17. Esquema de bloques de un receptor de FM.

Después de la etapa de FI nos encontramos el limitador, cuya misión es recortar las tensiones parásitas que han modulado en amplitud la portadora durante la emisión. El detector o discriminador es el encargado de convertir las variaciones de frecuencia de la señal de FI en variaciones de tensión. Después de pasar por el detector o discriminador, si la emisión es en estéreo, el decodificador estéreo será el encargado de separar los canales izquierdo y derecho para posteriormente ser amplificados por una etapa de baja frecuencia. Es muy importante que el oscilador local no varíe de frecuencia con el tiempo, de lo contrario el receptor se desintoniza, pudiendo incluso perder la emisora. Para evitar este problema se utiliza un circuito de control automático de frecuencia (CAF). Algunos receptores de FM van dotados de un conmutador denominado muting, que evita el ruido entre estaciones emisoras, bloqueando la señal en el detector cuando no recibe ninguna portadora.

5. ETAPA DE SINTONIA. En los receptores de radio la etapa de sintonía es aquella mediante la cual se selecciona la frecuencia de la portadora de la emisora que se desea recibir y rechaza todas las demás frecuencias. Es la primera etapa de todo radiorreceptor.

5.1. Circuito resonante LC paralelo. Si a un circuito LC en paralelo (Figura 18) le aplicamos una señal alterna de una frecuencia determinada circularán corrientes como se ve en el circuito. En este circuito mientras la intensidad por el condensador es máxima por la bobina es mínima.


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Si la frecuencia de la señal que le aplicamos al circuito es la frecuencia de resonancia de éste, las intensidades por L y C serían iguales, dando como resultado una intensidad total nula. Esto se explica diciendo que el condensador y la bobina forman un circuito cerrado, en donde el condensador es el que suministra corriente a la bobina y viceversa, por lo que el generador no cumple función alguna. Cuando un circuito LC paralelo entra en resonancia en este momento su impedancia es máxima y por tanto la tensión en sus extremos también será máxima.

Figura 18. Circuito Resonante LC paralelo.

El circuito más elemental de sintonizador para radiorreceptor está compuesto por una bobina y un condensador variable en paralelo (Figura 19a). Se trata de un simple circuito oscilante, cuya frecuencia de resonancia puede variarse mediante el condensador variable.

Figura 19. a) Circuito elemental de un sintonizador. b) Circuito sintonizador compuesto por un transformador de alta frecuencia y un condensador variable

Supongamos el circuito de la Figura 19b que consta de un transformador de alta frecuencia a cuyo primario se ha conectado una antena y tierra y a su secundario un condensador variable en paralelo. Entre antena y tierra quedan pues aplicadas todas las frecuencias portadoras de las emisoras, y cuyas tensiones son inducidas en el secundario del transformador. El condensador variable estará en una posición determinada, por lo que a esa posición el circuito LC paralelo tendrá una frecuencia de resonancia determinada; siendo la impedancia del circuito máxima para esa frecuencia. Si la frecuencia de resonancia del circuito LC es igual a la frecuencia de una portadora, en bornes del circuito oscilante aparecerá una tensión máxima a la frecuencia de la portadora, la cual quedará aplicada a la entrada de una etapa amplificadora para su amplificación. Así el circuito es capaz de proporcionar selectividad a un receptor de radio, es decir de seleccionar, entre todas las frecuencias portadoras que llegan a la antena, aquella que nos interesa recibir y amplificar.

5.2. Bobinas y Condensadores variables para etapas de sintonía. Las bobinas utilizadas en las etapas de sintonía son arrollamientos de hilo conductor sobre un soporte de fibra, plástico u otro material. Dependiendo de la frecuencia el hilo conductor es cobre, cobre plateado o hilo de Litz (varios hilos finos trenzados aislados individualmente). En las gamas de onda media y onda larga se utilizan las denominadas antenas de ferrita. Una antena de ferrita consiste en un circuito sintonizado cuya bobina está dotada de un núcleo de ferrita.


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La variación de la frecuencia de resonancia del circuito de sintonía se efectúa mediante el condensador variable. Hay dos tipos condensadores: •

Condensadores Variables: Para hacer ajustes que se realizan a menudo para sintonización y casi siempre se realiza a través de un botón giratorio (Figura 20). Algo común es montar dos o más unidades de condensadores variables sobre un mismo eje de accionamiento con el fin de hacer variar simultáneamente la capacidad de dos circuitos oscilantes. Un condensador variable puede regularse desde una capacidad máxima (Cmáx) hasta una capacidad máxima (Cmín). Así el margen de frecuencias que pueden sintonizarse viene dado por las siguientes expresiones:

fmin = •

1 2π

LCmax

fmax =

1 2π

LCmin

Trimmer: Para hacer ajustes que se realizan una sola vez para conseguir una capacidad y no modificarla en el futuro (Figura 21a). El diseño y construcción de un condensador variable de gran exactitud encarecería mucho el mismo. Para evitar esto se recurre a compensar estas deficiencias con trimmer. Así para ajustar el receptor a la gama de frecuencias bastará con disponer en paralelo con el condensador variable un pequeño trimmer (Figura 21b). La capacidad del trimmer se suma a la del condensador variable, y mediante el ajuste del trimmer se obtiene la capacidad adecuada del circuito de sintonía.

Figura 20. a) Constitución de un condensador giratorio con dieléctrico de aire. b) Aspecto externo de un condensador variable con dielétrico de plástico o de mica.

Figura 21. a) Trimmer. b) Disposición de un Trimmer CT en un circuito de sintonía LC.


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5.3.- Circuitos de Sintonía con diodos Varicap. El diodo de capacidad variable o varicap es un diodo semiconductor cuya característica principal es la de presentar una capacidad que depende de la tensión a él aplicada cuando esta polarizado inversamente El diodo varicap se utiliza en sintonizadores en los que se desea obtener una sintonía variable sin tener que recurrir a condensadores variables que ocupan mucho volumen, son elementos mecánicos móviles, y tienen un precio elevado. Así este diodo sustituye pues al condensador variable en circuitos de sintonía LC, seleccionándose la frecuencia de resonancia mediante la tensión de polarización aplicada al diodo. El principio de funcionamiento de los circuitos de sintonía con diodos varicap se observa en la Figura 22. Al igual que cualquier circuito LC paralelo, la bobina de antena L1 se conecta en paralelo con el diodo de capacidad variable D1, sin embargo, en este último caso la bobina cortocircuita la tensión de sintonía. Para evitar dicho cortocircuito se conecta entre el diodo y la bobina un condensador en serie Cv de capacidad muy mayor que la capacidad máxima del diodo, con el fin de que la capacidad resultante total se aproxime a la del diodo. Partiendo de una fuente de alimentación estabilizada y una resistencia variable proporcionaremos la tensión de sintonía al diodo varicap a través de una resistencia serie Rv, cuya misión es que la señal de radiofrecuencia no quede cortocircuitada por la fuente de alimentación de C.C. La sintonización se conseguirá al ir variando la tensión de sintonía proporcionada al varicap, que dará lugar a una variación de capacidad del diodo y se obtendrá en cada posición una frecuencia de resonancia distinta. La misma tensión de sintonía se utilizará para el circuito de sintonía del oscilador local (L2, D2). Figura 22. Principio de la sintonía por diodos.

6. EL AMPLIFICADOR DE RADIOFRECUENCIA: Las señales procedentes de las emisoras son captadas por la antena y sintonizadas por el circuito oscilante de sintonía. Así pues, a la salida de la etapa de sintonía se dispone de una señal de radiofrecuencia modulada en amplitud o en frecuencia. Estas señales de nivel bajo (sobre todo en FM) deberán ser amplificadas por un amplificador de radiofrecuencia sintonizado formado por una o varias etapas, que estará hecho por transistores bipolares, transistores de efecto de campo o circuitos integrados (hoy día generalmente por circuitos integrados). En la actualidad está muy extendida la utilización de circuitos integrados en los que se integran diferentes etapas de un radiorreceptor. Así existen circuitos integrados en los que se integran, un amplificador de radiofrecuencia para AM, el oscilador local, la etapa mezcladora, y dos o tres amplificadores de frecuencia intermedia (Figura 23).

Figura 23. Conexión del circuito sintonizable LC al amplificador de RF contenido en el circuito integrado TDA1072 de Miniwatt.


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7. ETAPA CONVERSORA. EL OSCILADOR LOCAL y EL MEZCLADOR. 7.1. Función de la etapa conversora. La etapa conversora es el conjunto de oscilador local y mezclador. Es un circuito propio de los denominados receptores superheterodinos. En estos receptores la señal sintonizada se transforma en una señal de frecuencia determinada (sea cual sea el valor de la frecuencia sintonizada), de valor constante y más bajo, con lo que se elimina además de la inestabilidad que presentan los circuitos de radiofrecuencia. Dicha frecuencia de valor constante se denomina frecuencia intermedia FI (entre 450 y 470 KHz en AM y 10.7 MHz en FM). La señal de FI queda modulada de forma idéntica a la de la señal de entrada y es amplificada en varios pasos de amplificadores de FI. Si a un circuito (en este caso el mezclador) se le aplican dos señales de la misma amplitud pero de distinta frecuencia, la señal resultante tendrá una amplitud que será la suma de los valores instantáneos de ambas señales, y una frecuencia resultante igual a la diferencia entre ambas señales de entrada: FT= f1-f2. A la frecuencia resultante se la denomina frecuencia de batido o heterodina, que en nuestro caso será la frecuencia intermedia. En un receptor de radio una de las señales a batir en el mezclador será la alta frecuencia sintonizada por el receptor, es decir la frecuencia portadora de la emisora que se desea recibir; la otra señal debe generarse en el propio receptor, para lo cual éste ha de disponer de un oscilador local. Así pues si denominamos fo a la frecuencia del oscilador local y f1 a la frecuencia de la portadora sintonizada, al efectuar el heterodinaje se obtiene una señal resultante de valor FI= fo-f1, denominada frecuencia intermedia, que será fija sea cual sea la frecuencia sintonizada. Por lo tanto se hace imprescindible que la frecuencia del oscilador local se haga variar de acuerdo con la frecuencia portadora sintonizada, de forma que siempre la resta de ambas proporcione el mismo valor de frecuencia intermedia. Para lograr esto, se recurre al támden, es decir, a un doble condensador variable con eje único. Uno de los condensadores variables se utiliza en la etapa de sintonía para la selección de la emisora que se desea recibir y el otro se utiliza en el circuito oscilante del oscilador local. Al tener eje de arrastre común, al sintonizar una emisora también se hace variar la frecuencia del oscilador local, dando lugar siempre a que en la salida del mezclador tengamos la misma frecuencia intermedia (Ver Figura 24).

Figura 24.

Los condensadores Cp y Cs se utilizan para ajustar las frecuencias de oscilación en los extremos de la banda y conseguir un arrastre perfecto y por tanto una FI lo mas constante posible Naturalmente en una posición de sintonía la antena captará otras frecuencias portadoras (f2, f3, f4....), que deberemos eliminar con un filtro LC, situado a la salida de la etapa mezcladora, sintonizado a la frecuencia intermedia.

7.2. El oscilador local. El oscilador local podrá esta hecho con circuitos sintonizados LC mediante transistores (Hartley, Colpitts), osciladores de cristal transistorizados, osciladores con diodos varicap, o también puede venir formando parte de un circuito integrado, con algunos componentes discretos exteriores. En la Figura 25 se muestra el esquema de una etapa de sintonía y de un oscilador local con el par de diodos de sintonía BB212. El receptor utiliza el circuito integrado TDA1072.


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Figura 25. Oscilador Local.

Las bobinas para etapas osciladoras locales van arrolladas en un tubo con una base incorporada y unas patillas de conexión (Figura 26). Dado que pueden ser bobinas ajustables, el tubo permite el desplazamiento en su interior de un núcleo de ferrita roscado. La bobina así fabricada se protege mediante un blindaje de aluminio o cobre que evita interferencias radioeléctricas entre bobina y circuitos próximos del receptor u otros receptores. En la parte superior del blindaje se dispone de un orificio circular que permite la introducción de un destornillador de ajuste (de material aislante para evitar capacidades parásitas) del núcleo de ferrita. En la parte inferior del blindaje se dispone de dos pequeñas pestañas que permite la conexión de éste a masa. El núcleo de ferrita una vez ajustado al valor correcto se mantiene inmóvil mediante una gota de cera o laca.

Figura 26. a) Bobinas y transformadores de alta frecuencia devanados sobre ferritas. b) Blindaje de cobre o aluminio para bobina osciladora.


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7.3. La etapa mezcladora. Las etapas mezcladoras pueden realizarse también con transistores bipolares, Fet, o circuitos integrados. Son numerosos los circuitos integrados que incorporan diferentes etapas de un radiorreceptor en un mismo chip y, entre ellas, las etapas mezcladora. Como ejemplo de ello, podemos citar el TAA 293 que contiene en su interior dos etapas amplificadoras de FI para AM y un tercer transistor que puede utilizarse como mezclador de AM (Figura 27). Otro ejemplo es el CA 3026 de RCA que es un modulador en anillo que puede utilizarse como mezclador (Figura 28).

Figura 27. Circuito integrado TAA 293

Figura 28. Circuito integrado CA 3026 de RCA

8. AMPLIFICADOR DE FI. El amplificador de FI no es más que un amplificador selectivo de radiofrecuencia cuya finalidad es la de proporcionar una ganancia lo mayor posible para señales de una frecuencia determinada e invariable cualquiera que sea la señal sintonizada. Además la señal de FI está modulada en la misma forma en que lo está la señal recibida por antena. Los valores adoptados para la FI generalmente suelen ser: -

Para AM: 400 – 450 – 455 – 465 – 470 – 472 Khz. Para FM: 10,7 Mhz.

aunque cada fabricante de receptores puede adoptar el valor de FI que considere más oportuno. Las ventajas de trabajar con una FI es que la amplificación la haremos con frecuencias más bajas que las que se utilizan para la emisión, pudiendo conseguir amplificadores de más ganancia y más estables; por otra parte podemos utilizar varias etapas amplificadoras de FI, sin elementos manuales de control o ajuste. El amplificador de FI suele estar formado por varias etapas amplificadoras separadas por acoplamientos para adaptar las distintas impedancias de las etapas (Figura 29). Los acoplamientos entre etapas amplificadoras pueden ser por transformadores, autotransformadores, inductancias y capacidades, inductancias y resistencias.

Figura 29. Esquema de bloques parcial de un receptor superheterodino con dos etapas amplificadras de FI.


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Es común utilizar transformadores de FI (denominados comúnmente botes de FI) para adaptar impedancias entre etapas amplificadoras. Estos transformadores están blindados y en su parte superior existe un orificio por el cual se tiene acceso a un núcleo roscado para el ajuste de la frecuencia de resonancia. Para mejorar la selectividad de los receptores de radio, es aconsejable la utilización de filtros híbridos. El filtro híbrido de FI está compuesto por un doble transformador de FI y un resonador piezoeléctrico cerámico (Figura 30). Tiene un circuito resonante LC a la entrada, otro circuito resonante LC a la salida y un resonador cerámico a la frecuencia intermedia. Las características más importantes de este filtro, comparándolas con los convencionales son alta selectividad en FI, pequeño tamaño y que no precisa ajuste de FI, pues viene ajustado de fábrica a una FI determinada.

Figura 31. Circuito práctico de filtro FI totalmente cerámico de tres etapas

Figura 30. Filtro Híbrido.

También existen filtros de FI totalmente cerámicos como el de la Figura 31 que ocupan poco espacio, no necesitan ajustes y son muy estables en su funcionamiento. La mayor parte de los receptores de radio vienen para recibir tanto AM como FM. Estos receptores denominados “mixtos” vienen dotados de un sistema de conmutación mediante el cual entran en funcionamiento los circuitos correspondientes de AM o bien los de FM (Figura 32).

Figura 32. Esquema de bloques de un receptor mixto AM/FM


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Ejemplos de amplificadores de FI:

1. Amplificador de FI para AM con circuito integrado TDA 1072. (Figura 33). 2. Amplificador de FI para FM con circuito integrado TBA 120. (Figura 34).

Figura 33

Figura 34

9. DETECTORES. A la salida del amplificador de frecuencia intermedia la señal se aplica a un circuito denominado detector o demodulador que extrae de la señal de FI modulada en amplitud, la información de baja frecuencia o señal moduladora. Dicho circuito recibe el nombre de detector cuando se trata de señales de AM y de discriminador cuando se trata de señales de FM. En la Figura 35a se puede ver la señal de FI modulada en amplitud, es decir, la señal de FI cuya envolvente es la señal de baja frecuencia modulada por la voz o música. Dicha señal de alta frecuencia se rectificará (por ejemplo mediante un diodo), obteniéndose la onda de alta frecuencia detectada que se muestra en la Figura 35b, la cual si se aplica a un auricular hará vibrar la membrana del mismo. Un segundo paso que suele llevarse a cabo en la etapa detectora es el filtrado de la baja frecuencia, con lo cual a la salida del detector aparece sólo la señal de baja frecuencia, tal y como mostramos en la Figura 35c.


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Figura 35. Señal modulada en amplitud.

Un ejemplo de detector de AM con diodos es el de la Figura 36.

Figura 36. Detectores AM con diodos

10. LIMITADORES. El limitador es una etapa que se dispone justamente antes del discriminador y su función es eliminar la modulación de amplitud que pueda llevar consigo la señal de FM, debido a perturbaciones parásitas que producirían crujidos y ruidos molestos en la recepción (Figura 37). El circuito limitador era muy utilizado en los antiguos receptores de FM; en la actualidad, en los modernos diseños, el limitador ha sido sustituido por el detector de relación.

Figura 37. Función de un limitador.


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11. DEMODULADOR O DISCRIMINADOR DE FM. La detección de las señales moduladas en frecuencia se lleva a cabo por medio de un proceso doble (Ver Figura 38): 1. Las señales de FI, moduladas en frecuencia, se aplican a un circuito llamado discriminador, el cual proporciona a su salida variaciones de amplitud proporcionales a las variaciones de frecuencia. Dicho de otra forma, a la salida del discriminador las señales están moduladas tanto en frecuencia como en amplitud. 2. Las señales proporcionadas por el discriminador se someten a un proceso de rectificación y filtrado, igual al que se somete las señales de AM, y con el cual se detectan las variaciones de amplitud que constituyen, como sabemos, la señal de baja frecuencia o señal de audio. Así pues un detector de FM consta de un discriminador y de un detector de AM, pero en extensión se suele dar al conjunto de los dos circuitos el nombre de discriminador.

Figura 38.

Existen varios tipos de demoduladores de FM, unos con componentes discretos y otros con circuitos integrados. •

Ejemplos de demoduladores de FM:

1. Discriminador de relación con componentes discretos. (Figura 39) 2. Discriminador con circuito integrado TBA 120 S (posee el C. Integrado amplificador de FI-FM y demodulador de FM. (Figura 40)

Figura 39. Circuito discriminador de relación.

Figura 40. Discriminador con TBA 120 S.


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12. CONTROLES AUTOMÁTICOS DE GANANCIA Y FRECUENCIA. 12.1. Control automático de Ganancia (CAG). El control automático de ganancia (CAG), consiste en un sistema de control automático de la ganancia total de la señal en los receptores de radio, de forma que éste mantenga un nivel constante de la potencia de audio, mediante la compensación de las variaciones de nivel de intensidad de campo de la onda portadora causadas, ya sea por diferencias de distancia o de potencia transmitida por distintas emisoras, o bien por las condiciones de propagación. Dicho de otra forma, el CAG reduce la amplificación del receptor cuando la señal de entrada es potente y aumenta el poder amplificador del receptor cuando las señales recibidas son débiles. Un circuito típico de CAG se encuentra en la Figura 36. El circuito detector proporciona a su salida una señal de baja frecuencia que tiene la misma forma que la envolvente de FI. Dicha corriente es continua, pues no cambia de sentido, ya que ha sido rectificada. La tensión a la salida del detector filtrada mediante un condensador (denominada tensión de CAG) será una tensión continua cuyo valor será directamente proporcional al nivel de recepción de cada momento. Esta tensión de CAG podrá actuar sobre las corrientes de emisor o de base de los transistores que forma parte del amplificador de RF o amplificador de FI, pudiendo modificar su ganancia, de tal forma que si se hace disminuir la corriente de emisor de un transistor de una etapa amplificadora, ésta disminuirá su poder amplificador.

12.2. Control automático de Frecuencia (CAF). Sirve para estabilizar la frecuencia suministrada por el oscilador local en un receptor de FM. La frecuencia de los osciladores tienen tendencia a cambiar lentamente con los pequeños cambios en la tensión o la temperatura. Al producirse un desplazamiento de la frecuencia, el receptor se desintoniza y se distorsiona la señal recibida. Por eso es necesario el CAF (Figura 17), que será un circuito que partiendo del discriminador, generará una tensión proporcional a las desviaciones de frecuencia del oscilador local. Esta tensión de CAF actuará sobre el oscilador local hasta que retorne a la frecuencia correcta.

13. RADIOESTEREOFONÍA. Consideremos que estamos sentados en un local justo en frente de una orquesta con múltiples instrumentos. A nuestra derecha se encuentra la batería y a nuestra izquierda el violín. Por el oído izquierdo escuchamos con más intensidad el violín y por el oído derecho la batería. Esta variación de intensidad sonora recibida por nuestros oídos es la que da lugar al fenómeno estéreo. Así podemos definir el estéreo como la sensación tridimensional del espacio sonoro, es decir, la percepción de ubicación de un ente sonoro real o virtual en este espacio. Las emisiones en estéreo estarán compuestas por dos señales diferentes (canal izquierdo y canal derecho), codificadas o multiplexadas en una sola señal., de tal manera que la emisión es compatible con la recepción de aparatos monofónicos y estereofónicos.

13.1.- Modulador de la señal estéreo. La señal multiplex o señal compuesta de canal derecho e izquierdo se obtienen en la emisora según se aprecia en la Figura 41. Primero se suman las señales de los canales Izquierdo (I) y derecho (D), obtendremos la señal suma (D+I), que es la que se obtiene en un receptor monofónico. Si ahora invertimos la señal de un canal también obtendremos la señal diferencia (D-I). Con un oscilador de gran estabilidad se generan 19 Khz y con un doblador generamos una señal de 38 Khz. La señal diferencia no se transmite como tal, sino que se hace en forma de una subportadora ultrasónica (de 38 Khz) modulada en amplitud por la señal diferencia, mediante el modulador de la anterior figura. Dicha subportadora se suprime en la emisión, al igual que las portadoras de AM y FM, transmitiéndose sólo las bandas laterales que son la señal diferencia ( 23.000 Hz a 37.970 Hz y 38.030 a 53.000 Hz,


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correspondiente a la suma y diferencia de 38 Khz y señal I-D). Resulta pues necesario que el receptor conozca en todo momento las características de fase y frecuencia de dicha subportadora suprimida, con el fin de que pueda realizar una correcta detección de la señal diferencia D-I; para ello las emisoras de FM estéreo transmiten continuamente una señal piloto, la cual tiene una frecuencia de 19 Khz (la mitad de la frecuencia de la subportadora suprimida).

Figura 41. La señal multiplex.

Una vez obtenidas por separado las tres señales mono (D+I), subcanal de 23 Khz a 53 Khz y piloto (19 Khz) se mezclan para obtener la señal múltiplex, que a su vez modulará en frecuencia la portadora para obtener una emisión de FM estéreo.

13.2. Decodificadores estereofónicos. El esquema de bloques de un decodificador estéreo se encuentra en la Figura 42. Tal y como se veía en el esquema de bloques de un receptor de FM, la señal múltiplex, después de pasar por el discriminador de FM, pasa al decodificador, que tiene por misión separar el canal izquierdo del derecho. Para tal fin se desglosa la banda de frecuencias en tres grupos, mediante filtros adecuados: Mediante un filtro paso bajo se obtiene la señal suma (señal monofónica). Un filtro pasa-banda centrado en 38 Khz con un ancho de banda de 23 a 53 Khz, con el cual se obtienen los subcanales de emisión en estéreo. Un tercer filtro paso-banda centrado a 19 Khz, y con el cual se obtiene la señal piloto. Monof ónico Paso Bajo

I+D 30 Hz a 15 Khz

Canal Izdo Para Banda

(I-D) + Bandas laterales 23 Khz a 53 Khz

Sumador/Detector Canal Dcho

Señal Múltiplex

Filtro 19 Khz

Doblador 19 Khz

38 Khz

Figura 42. Decodificador estereofónico.

Una vez obtenidos los 19 Khz se doblan hasta 38 Khz y se suman a las bandas laterales para obtener la modulación en amplitud que una vez detectada se obtienen en más y en menos la diferencia


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entre el canal izquierdo menos el derecho; a su vez se suman con la señal monofónica para obtener separadamente el canal derecho del izquierdo. Existen diferentes formas para decodificar, pero en la actualidad la más difundida y con mejores resultados es la basada en circuitos integrados PLL (lazo enganchado en fase). Existen en la actualidad un gran número de decodificadores integrados, entre ellos podemos destacar: CA3090, MC 1310, SN 29758, TDA1005, ULX 2210, etc. En la Figura podemos ver un decodificador estéreo con el circuito integrado CA3090.

Figura 43. Decodificador con el circuito integrado CA 3090 AQ.


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Tema nº 14: Magnetófonos y casetes

Equipos de Sonido

Magnetófonos y casetes 1. CABEZA MAGNÉTICA. 1.1. Introducción. Las cabezas magnéticas son dispositivos transductores capaces de transformar el campo magnético contenido en una cinta con base de papel o plástico revestida con una emulsión magnética, en una señal eléctrica o viceversa. Las cabezas magnéticas se utilizan pues para la grabación o reproducción de señales sobre cinta magnética.

1.2. Clasificación de las cabezas magnéticas. Las cabezas magnéticas pueden clasificarse en tras grandes grupos: 1. Cabezas grabadoras. Este dispositivo es un transductor cuya misión es convertir las señales eléctricas que recibe en variaciones magnéticas que pueden transmitirse a un medio magnetizable, es decir a una cinta magnética. 2. Cabezas reproductoras. Este elemento es también un transductor que convierte las variaciones magnéticas en variaciones eléctricas proporcionales a la señal original. 3. Cabezas de borrado. Al igual que las otras, es un elemento transductor que borra la información contenida en la cinta. Normalmente los magnetófonos poseen un cabezal de borrado y otro que hace las funciones de reproducción o de grabación (Figura 1). En los aparatos profesionales, donde el imperativo no es el precio sino la calidad, el número de cabezas magnéticas es tres, una para cada una de las funciones citadas anteriormente.

Figura 1. Cabezas magnéticas en un magnetófono.


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1.3. Constitución de una cabeza magnética. Las cabezas magnéticas están constituidas por un núcleo anular o toroidal de chapa de hierro, y una o dos bobinas (Figura 2) que lo envuelven. El conjunto esta recubierto de una materia plástica que lo protege y una pantalla contra campos magnéticos parásitos. En la figura 3 puede verse el aspecto de unas cabezas magnéticas para magnetófonos a casete.

Figura 2. Cabezal magnético de una bobina y de dos bobinas en serie.

Figura 3. Cabezales magnéticos para magnetófonos de casete.

En realidad el diseño de una cabeza es mucho más complejo. Así, una cabeza de grabación o reproducción es una bobina devanada sobre un núcleo que tiene la forma de dos letras C enfrentadas, formando un anillo con los entrehierros diametralmente opuestos conocidos como entrehierro frontal y entrehierro posterior (Fig. 4). La disposición de dos bobinas sobre dos seminúcleos es por que esta forma constructiva reduce la sensibilidad de la cabeza a los campos magnéticos exteriores.

Figura 4. Constitución de un cabezal magnético grabador.

1.4. Cabeza grabadora. La bobina de la cabeza móvil recibe variaciones de corriente eléctrica cuya amplitud y frecuencia depende de la señal de audio. Dichas variaciones de corriente producen un campo magnético en el entrehierro, que varia igualmente en intensidad y polaridad de acuerdo con los cambios de dicha señal. Si en esta circunstancia hacemos desplazar por delante del entrehierro una cinta en la que se han depositado uniformemente finísimas partículas de material magnético (Fig. 5), dichas partículas irán adquiriendo un estado de magnetización impuesto por las líneas de flujo según sea la imanación del núcleo en cada instante. El resultado de todo ello es una variación magnética, impresa en la cinta en movimiento, y que corresponde a los cambios de la señal de audio.

Figura 5. Principio de grabación y reproducción analógica.


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1.5. Histéresis de las cabezas grabadoras. Si se alimenta la cabeza grabadora exclusivamente con la tensión alterna de la señal, se producen distorsiones a resultas de la función o relación no lineal entre intensidad de campo magnético H e inducción magnética B, tal y como se aprecia en la Figura 6.

Figura 6. Representación gráfica de las señales de entrada y salida de una grabación magnética sin corriente de polarización.

La curva de trabajo resulta ser la conocida curva de histéresis. En la Figura 6 pueden apreciar las distorsiones que se originan en la grabación de la tensión de señal. Las flechas en la señal indican los puntos con distorsiones. La histéresis es un fenómeno que aparece en los circuitos magnéticos. Podemos describirlo en forma resumida de la siguiente manera: Cuando en un circuito magnético se aumenta la intensidad de campo H, por ejemplo, aumentando la intensidad de la corriente que circula por la bobina, entonces aumenta también la inducción B. Si ahora se disminuye la intensidad de campo hasta que adquiera el valor original, ocurre que la inducción ya no vuelve a su valor primitivo. Aun utilizando los mejores materiales, siempre nos encontraremos con un magnetismo remanente mas o menos pronunciado, causa de la distorsión expuesta al comienzo de este parágrafo. Para evitarlo se recurre a una premagnetización o polarización de la cabeza, consistente en superponer la señal de grabación a una corriente magnetizante.

1.6. Polarización por corriente alterna. Consiste en polarizar la cabeza con una corriente alterna de alta frecuencia que se sumará a la señal de audio que se desea grabar (Figura 7).

Figura 7. Grabación con una polarización del cabezal de corriente alterna

En los equipos profesionales la frecuencia de polarización esta comprendida entre 550 Khz. y 250 Khz. En la reproducción esta frecuencia de polarización no aparece por estar situada más allá del límite de audición y por no ser captada por la cabeza reproductora. Con el fin de que el valor cresta de la tensión de la señal a grabar no rebase los tramos rectilíneos A-B y A’-B’ de la Figura, los aparatos grabadores están dotados de un indicador. Al realizar la grabación se controla al desvío de la aguja o de los diodos LEDS del indicador para que no sobrepase el valor adecuado.


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1.7. Cabeza reproductora. Las cabezas reproductoras magnéticas o cabezas magnéticas lectoras están construidas de forma análoga a las cabezas grabadoras, de tal forma que en muchos equipos semiprofesionales se utiliza una sola cabeza para la grabación y la reproducción. La lectura de la cinta se realiza como sigue: La cinta, previamente grabada, contiene partículas de oxido de hierro mas o menos magnetizadas por la cabeza grabadora. Al pasar por la cabeza reproductora las líneas de fuerza magnética de las citadas partículas encuentran un medio de conducción efectivo a través de la bobina de la cabeza y tienden a concentrarse ahí. El movimiento de la cinta provoca cambios en la dirección y fuerza del campo magnético en la cabeza, induciendo las tensiones correspondientes en la bobina. (Recuerde que en toda bobina sometida a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica entre sus bornes). Dado que las cabezas reproductoras son muy sensibles a las variaciones de flujo magnético, habrá de tener especial cuidado en no disponer ningún campo magnético en las proximidades de ella. Como de todas formas es inevitable la existencia de campos magnéticos producidos en el o los motores del magnetófono y de los transformadores de que disponga, se procederá a blindar todos estos elementos y la propia cabeza.

1.8. Cabezas mixtas de grabación-reproducción. Ya hemos dicho que, en muchas ocasiones, se utiliza una única cabeza magnética que cumple la doble función de grabación y reproducción. Así, en la Figura 8 se muestra en un esquema simplificado de un magnetófono para grabación y reproducción, con solo dos cabezas: una de borrado, la indicada con 2, y otra de grabación-reproducción, indicada con 3. En dicha figura, 1 es el oscilador de borrado, A la posición del conmutador para grabación y B la posición del conmutador para la reproducción. Durante la grabación se genera un flujo magnético de intensidad variable en el entrehierro de la cabeza de grabación-reproducción y en la cinta magnética. Durante la reproducción la cinta pasa sobre el entrehierro de la misma cabeza y el flujo magnético de la cinta genera una tensión en los arrollamientos de la cabeza. Dicha tensión, de valor muy pequeño, es luego amplificada por un amplificador de baja frecuencia.

Figura 8. Magnetófono dotado de un cabezal de borrado (2) y una cabeza mixta de grabación y reproducción.

1.9. Ecualización. Una señal de tensión constante y frecuencia variable no produce la misma respuesta de frecuencia a la salida de la cabeza de reproducción. Se produce una pérdida de las frecuencias más altas y una atenuación de las frecuencias bajas. Por tal motivo, en la práctica se recurre a métodos correctores mediante la ecualización, con el fin de obtener unos resultados satisfactorios en el proceso de registro y reproducción magnética. Por una parte, antes de grabar la señal se realzan las altas frecuencias en una magnitud tal que las pérdidas posteriores que se puedan producir en el proceso de reproducción puedan restablecer la


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proporción de amplitud y frecuencia de la señal original. Esta operación se realiza en grabación por una red de preénfasis debido al beneficio que aporta a la relación señal-ruido, al aumentar el nivel de señal justamente en el margen de frecuencias en el que el ruido se manifiesta con mayor intensidad. La ecualización que se practica en reproducción se utiliza para obtener una respuesta plana a la salida del preamplificador ecualizador. Esta ecualización trata de compensar una serie de efectos que tienen lugar durante todo el tratamiento de la señal, como son: las pérdidas sufridas en el proceso de grabación-reproducción, así como la caída en la respuesta de alta frecuencia cuando la longitud de onda se aproxima a las dimensiones del ancho del entrehierro, etc.

1.10. Cabeza de borrado. El borrado de una cinta lo realiza una cabeza que es alimentada por una tensión continua o por una tensión alterna procedente de un oscilador (Figura 12). La cabeza de borrado tiene una forma constructiva parecida a la de las cabezas de reproducción y grabación, si bien las exigencias técnicas de una cabeza de borrado son mucho menos críticas, pues su función es grabar la cinta con una frecuencia fija elevada y por lo tanto no se producen cambios de impedancia. La frecuencia de la tensión alterna de borrado esta situada por encima del limite de audibilidad, por ejemplo 60 Khz. La cabeza de borrado se dispone inmediatamente antes de la cabeza de grabación, quedando conectada al oscilador de alta frecuencia (1 de la Figura 8), con lo que se borra la antigua grabación antes de que aplique la nueva.

1.11. Cabezas magnéticas para grabación estéreo. Las cabezas magnéticas para grabación estéreo consisten en disponer, dentro de una misma cápsula o envoltura, dos o cuatro cabezas magnéticas. Una vez ensambladas y alineadas las cabezas, se las conecta a masa y se las pulimenta para darles forma. En las Figura 9, y a titulo de ejemplo, se ha dibujado el aspecto externo de dos cabezas para 2 y 4 canales respectivamente.

Figura 9. Cabezales magnéticos estéreo de dos canales y de cuatro canales.

1.12. Alineación de las cabezas magnéticas. Las cabezas magnéticas han de estar correctamente alineadas con respecto a la cinta, con el fin de obtener de ellas el máximo rendimiento, tanto en la grabación como en la reproducción. Observando la Figura 10, las alineaciones a considerar en toda cabeza magnética son las siguientes: Azimut, Altura, Angulo, Tangencia, Contacto.

Figura 10. Diferentes errores que se pueden producir en los cabezales.


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Un incorrecto ajuste del azimut (Figura 10a) origina una perdida de las frecuencias altas, o una incorrecta descodificación en las cintas cuadrafónicas matriciales. Además, si el azimut es incorrecto, la reproducción de una grabación en un aparato A será deficiente con respecto a la grabación efectuada por otro aparato B. Si el entrehierro no esta perfectamente ajustado en su altura (Figura 10a) con respecto a la cinta, no se aprovecha todo el campo magnético creado entre los polos de la cabeza o el contenido de la cinta, por lo que la grabación y la reproducción se hacen deficientes. Lo mismo sucede si la cinta forma ángulo con respecto a la cabeza (Figura 10d), con la particularidad además de que esta última se desgasta irregularmente por efecto de un roce de la cinta no uniforme sobre la superficie de la cabeza. Otro desgaste irregular de la cabeza es causado por un deficiente ajuste del ángulo de tangencia (Figura 10b y c). Finalmente, un contacto deficiente entre cinta y cabeza se traduce en una reducción de la intensidad de campo que alcanza a la cinta y viceversa. Todos los ajustes indicados se realizan, generalmente, con ayuda de unos tornillos que permiten mover y fijar la cabeza en todas direcciones.

1.13. Desmagnetización de las cabezas. Las cabezas magnéticas adquieren una imanación permanente por efecto de campos externos, fugas de los circuitos, sobremodulaciones, etcétera. Por todo ello es conveniente efectuar periódicamente una desmagnetización mediante un electroimán con el núcleo terminado en una punta de forma adecuada para facilitar su acercamiento a las cabezas. El proceso consiste en acercar y retirar varias veces y lentamente el electroimán a los cabezales con la platina o magnetófono conectado a la red.

1.14. Limpieza de cabezas. Con el uso sobre las cabezas magnéticas se van depositando partículas de polvo, metálicas y de grasa que afectan al buen funcionamiento de las mismas tanto en la grabación como en la reproducción y en el borrado. Por estos motivos es aconsejable proceder periódicamente a una limpieza profunda de las mismas, la cual se puede realizar con varias soluciones comerciales. Las soluciones limpiadoras se aplican a las cabezas mediante un pincel, suavemente, sin raspar, o con algodón, secándolas después con tela sin hilazas. También son muy utilizadas hoy las cintas limpiadoras, cuyo uso se limita a hacer pasar la cinta, a velocidad normal, por las cabezas.

2. CINTAS MAGNÉTICAS. 2.1. Generalidades. La cinta magnética es el medio de registro de información en magnetófonos, y consiste simplemente en una cinta de plástico en la que se han depositado uniformemente finísimas partículas de material magnético. Se trata pues de un elemento en el cual la cinta de plástico hace las funciones de soporte de partículas magnéticas, las cuales son sobre las que se actuara en el proceso de grabación y reproducción. Los fundamentos de la actuación de una cinta magnética se encuentren en el fenómeno de la magnetización por inducción, según el cual todas las sustancias, en mayor o menor grado, adquieren un estado especial de imanación cuando son sometidas a la presencia de un campo eléctrico. Todos los imanes tienen un polo norte y polo sur. Si cortamos por la mitad una barra imán no se obtienen dos polos magnéticos aislados, sino dos nuevos imanes, cada uno con un polo norte y un polo sur. Repitiendo la operación se obtienen sucesivos pares de polos y nunca polos sueltos. A una barra imán podemos por tanto descomponerla en diminutos imanes. De todo lo expuesto se puede sacar la conclusión de que los imanes elementales están orientados regularmente apoyándose entre sí cuando la pieza está imantada. En la Figura 11 hemos representado esquemáticamente la diferencia entre una misma barra de hierro, imantada y sin imantar.


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Figura 11. Dibujo esquemático de un conjunto de imanes elementales: a) en un trozo de hierro sin imantar; b) en un trozo de hierro imantado.

Para magnetizar un trozo de hierro podemos someterlo a la influencia de un campo magnético producido por una corriente eléctrica, para la cual se utiliza una bobina por la cual se hace circular la corriente, apareciendo en los extremos de ésta el polo norte y sur respectivamente del campo magnético. Este sistema es el utilizado en magnetófonos, ya que la cabeza no es más que un electroimán cuyo campo magnético se hace incidir sobre la cinta magnética que se desea imanar.

2.2. Registro de una cinta magnética. Cuando se aplica una tensión alterna a la bobina de una cabeza grabadora, se crea en el núcleo de ésta un campo magnético también alterno. En el entrehierro, las líneas de fuerza se extiende en forma de arco más allá del núcleo (Fig. 12a). Con ello algunas de estas líneas siguen el camino de la película magnética de la cinta, que corre frente a ellas, teniendo lugar la orientación de sus imanes elementales en la dirección del campo magnético. De este modo se forman sobre la cinta, previamente desimantada, una cadena o serie de tramos magnéticos de intensidad y sentidos alternos, que constituyen la grabación de las oscilaciones eléctricas y en su origen del sonido. En la Figura 12b se ha dibujado la orientación de los imanes elementales en función de la corriente en la bobina, mientras que en Figura 12c muestra el correspondiente curso de la inducción en la cinta.

Figura 12. Registro en una cinta magnética.

2.3. Borrado de una cinta magnética. El proceso de borrado es muy semejante al de grabado, con la única e importante diferencia de que la señal aplicada a la cabeza de borrado procede de un oscilador local de borrado, el cual proporciona una señal de frecuencia constante por encima del límite de audibilidad y de amplitud igualmente constante. Como consecuencia, los imanes elementales quedan orientados de igual forma a como se muestra en la Figura 12 pero de forma repetitiva, es decir, dicha figura se repetirá a lo largo de toda la cinta.

2.4. Lectura de una cinta magnética. El proceso de lectura es inverso al de grabado, en este caso son los imanes elementales previamente orientados en el proceso de grabación, los que, al pasar por delante de la cabeza de lectura, crean en el entrehierro de esta un campo magnético variable que engendra, en la bobina de la cabeza, una corriente eléctrica de frecuencia y amplitud conforme a las orientaciones de los imanes elementales contenidos en la cinta.


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2.5. El casete. La cinta de casete que desarrollo Philips para uso doméstico en 1963 no presentaba mucha calidad, pero debido a su robustez, comodidad de colocación, tamaño pequeño y bajo coste, hace que hoy día sea un sistema utilizado. En magnetofones a cassette se utilizan dos modalidades (Figura 13): -

Sistema de dos pistas y un canal (mono). Sistema de cuatro pistas y dos canales (estéreo).

Figura 13. Sistemas de grabación de cintas de casete. A) Dos pistas y un canal (mono). B) Cuatro pistas y dos canales (estéreo).

2.6. Cinta de carrete abierto. Este sistema consiste en una cinta arrollada en un carrete abierto, y es usado exclusivamente en el entorno profesional, ya que permite utilizar carretes de muy larga duración, y permite grabaciones multipista.

Figura 14. Magnetófono de cinta de carrete abierto.

2.7.- La cinta DAT. La cinta DAT (Digital Audio Tape) es un soporte de grabación digital utilizando modulación de impulsos codificados PCM de manera similar al que utilizan los CD’s. Es usado a nivel profesional en los estudios de grabación de “masters”, debido a la relación de precio con sus altas prestaciones.

2.9. El DDC. Fue presentado por Philips en 1992 como sustituto del casete, solamente puede grabarse por una cara, y la cinta está mucho más protegida del polvo, o del contacto físico. La grabación es digital. La calidad del DDC no llega a la proporcionada por el DAT o CD, por lo que no ha cuajado en el mercado doméstico.


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3. MECANISMO DE ARRASTRE DE LA CINTA. Todos los magnetófonos y platinas de casete, necesitan un sistema electromecánico que arrastre la cinta con una velocidad uniforme. El sistema más utilizado de arrastre, es el que conste en un rodillo de goma, que oprime la cinta sobre un eje metálico, llamado cabestrante, cuya velocidad es la que realmente determina y regula la velocidad de la cinta (Figura 15).

Figura 15. Disposición del cabestrante y del rodillo de presión.

El cabestrante es movido por un motor eléctrico que suele incorporar un regulador electrónico de velocidad. En función de la calidad, se pueden encontrar platinas con más o menos motores eléctricos: a) Platinas de un motor: que mueve tanto el cabestrante como los rodillos que arrastran los carretes. b) Platinas de dos motores: Uno de ellos se utiliza para la misma función que en el caso anterior, en la velocidad de grabación o reproducción, dejando el segundo motor para el arrastre rápido o rebobinado. c) Platina de tres motores: Uno mueve el cabestrante, y los otros dos, cada uno de ellos mueve un carrete (uno en el avance rápido y otro para el rebobinado).

4.- OSCILADOR DE BORRADO Y PREMAGNETIZACIÓN EN MAGNETÓFONOS. 4.1. Introducción. En el capitulo dedicado a las cabezas magnéticas para magnetofones ya se expuso la necesidad de aplicar una corriente de alta frecuencia a la cabeza de grabación, como corriente premagnetizante de la cinta, así como una corriente de alta frecuencia a la cabeza de borrado para la eliminación de la información contenida en la cinta. Para la producción de esta corriente de alta frecuencia se precisa un oscilador, el cual forma parte del circuito del magnetófono. En la Figura 1 se muestra el esquema de bloques de un magnetófono con tres cabezas (una de borrado, otra de grabación y una tercera de lectura), en el que puede apreciarse como la señal de alta frecuencia producida por el oscilador se aplica simultáneamente a las cabezas de borrado y de grabación. La señal que ha de grabarse se aplica solo a la cabeza de grabación. La frecuencia del oscilador esta comprendida entre 35 y 120 Khz..

Figura 16. Esquema de bloques de un magnetófono con tres cabezales


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4.2. Ejemplos de oscilador utilizado en magnetófonos. A continuación vamos a estudiar algunos circuitos osciladores utilizados en magnetofones a cassette, como ejemplo de aplicación de todo lo expuesto. En la Figura 17 puede ver el esquema de un típico oscilador Hartley, muy empleado en magnetofones a cassette sencillos. La frecuencia de oscilación viene determinada por el devanado primario del transformador, compuesto por las bobinas L1 y L2 y el condensador C. El transistor trabaja en clase C, es decir, conduce fuertemente durante breve espacio de tiempo en cada oscilación. En el secundario del transformador se induce una corriente alterna de alta frecuencia, que queda aplicada a la cabeza de borrado. Obsérvese finalmente que del colector del transistor se toma la señal de alta frecuencia para la pregmanetización de la cabeza de grabación.

Figura 17. Oscilador Hartley

4.3. Circuito de premagnetización. En un principio parece que seria suficiente aplicar a la cabeza de grabación la señal procedente del oscilador de borrado para que se produzca la premagnetización de la cabeza (véase el concepto de premagnetización en el capitulo dedicado a las cabezas magnéticas). Sin embargo en la práctica debe recurrirse a una serie de circuitos auxiliares que evitan ciertas anomalías de funcionamiento, y los cuales podemos resumir en los siguientes: -

Red de preénfasis. Trampa de la frecuencia de polarización. Circuito polarizador de la cabeza de grabación.

Red de preénfasis. La red de preénfasis está formada por una resistencia en paralelo con un condensador y la cabeza grabadora (Fig. 21). Dicha red proporciona un refuerzo de 6 dB/octava a altas frecuencias, lo cual compensa 8 dB perdidos por la técnica de polarización utilizada mas las perdidas debidas a los factores limitadores de la cabeza.

Figura 18. Red de preénfasis.


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Trampa de la frecuencia de polarización. En la misma Figura 18 se muestra la disposición de la trampa de la frecuencia de polarización. Consiste en un circuito oscilante LC paralelo, dispuesto entre la red de preénfasis y la cabeza grabadora, el cual esta sintonizado a la frecuencia del oscilador. Dado que se trata de un circuito oscilante LC paralelo, la máxima impedancia y por consiguiente la máxima tensión en sus bornes y mínima corriente a través de él se obtiene a la frecuencia de resonancia, y como esta es la misma que la del circuito oscilador, se comprende que la misión de la trampa es evitar que la frecuencia de polarización alcance al preamplificador, es decir la corriente de la alta frecuencia de polarización no puede circular hacia el preamplificador sin embargo si pueden circular a través de ella hacia la cabeza de grabación. Una segunda función que ha de cumplir la trampa de la frecuencia de polarización es la de evitar que la tensión de polarización quede atenuada por la impedancia de salida del preamplificador, pues el presentar elevada impedancia aísla la salida del oscilador de la del preamplificador. Circuito polarizador de la cabeza grabador. La red RC serie entre el oscilador y la cabeza grabadora tiene por función optimizar la tensión de polarización de la cabeza (Figura 18). Efectivamente, mediante el ajuste de la resistencia de 47 kilohmios se aumenta o disminuye la tensión de polarización de la cabeza grabadora al nivel adecuado.

4.4. Utilización de la cabeza grabadora como reproductora. En la mayor parte de magnetófonos la propia cabeza grabadora es utilizada como cabeza reproductora. En estos casos durante la reproducción la cabeza pasa a ser un elemento productor de señal eléctrica en lugar de receptor y, por otra parte, no se le aplica la señal de premagnetización. En las Figuras 19 y 20 se muestra de forma simplificada como se lleva a cabo el paso de un magnetófono como grabador a reproductor. Los tres conmutadores A, B y C en la Figura 19 están en posición de grabación. La señal, procedente del micrófono, se aplica a la entrada del control automático de nivel y a la entrada del preamplificador para su amplificación a nivel adecuado. A la salida del preamplificador la señal pasa por la red de preénfasis y por la trampa de frecuencia de polarización, para ser aplicada a la cabeza como grabadora. Por otro lado el conmutador C aplica tensión al oscilador, el cual proporciona la frecuencia de borrado a la cabeza de borrado y la señal de premagnetización a la cabeza grabadora, previo paso por el circuito de ajuste de polarización.

Figura 19. Esquema de bloques de un magnetófono de casete durante el proceso de grabación.

Al accionar simultáneamente los tres conmutadores, A, B y C el circuito pasa a funcionar como se indica en la figura 20. En dicha figura la información contenida en la cinta se transforma en impulsos eléctricos en la cabeza (ahora trabajando como reproductora), los cuales se aplican, a través de los conmutadores A y B, a la entrada del preamplificador. Obsérvese que en esta figura la posición del conmutador C deja fuera de funcionamiento al oscilador, por lo que no funcionara la cabeza de borrado ni la premagnetización de la cabeza grabadora / reproductora. También quedan fuera de funcionamiento


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la red de preénfasis y la trampa de frecuencia de polarización, ya que el conmutador B las desconecta, así como el control automático de nivel mediante el conmutador A. El condensador que figura en ambos esquema conectado al conmutador B solo entra en funcionamiento durante el proceso de reproducción, y su misión es la de evitar que el preamplificador detecte las señales de radiofrecuencia.

Figura 20. Esquema de bloques de un magnetófono de casete durante el proceso de reproducción.

5. OTRAS FUNCIONES. 5.1. Control automático del nivel de grabación. En aparatos magnetófonos sencillos y algunos de alta fidelidad, la grabación se efectúa con ajuste automático de nivel. Ello se debe a que, cuando el preamplificador recibe un fuerte impulso de señal, este se amplifica fuera de la línea recta de la curva de respuesta del amplificador, por lo que queda recortada y, como consecuencia, se introduce una distorsión armónica. Para evitar dicho recorte de señal se recurre a un circuito electrónico que reduce la ganancia del preamplificador automáticamente cuando el nivel óptimo de grabación sea sobrepasado. Dicho circuito recibe pro ello el nombre de control automático de nivel.

5.2. Sistema de control. En las pletinas el sistema de control, si se utiliza, desempeña la función de mostrar información en la pantalla, descodificar órdenes locales y remotas, etc. Algunos diseños utilizan la detección electrónica de presencia de cinta por medio de un conmutador generalmente. Además, se utiliza para procesar la información de la pantalla (impulsos del taquímetro situado entre los carretes que están sobre el mecanismo, usado también para detectar averías), conmutar el tipo de cinta, conmutación de grabación / reproducción, conmutación de fuente de origen, etc.

5.3. Servocircuitos. La pletina incorpora un circuito de control del motor, posiblemente en forma de transistor. Las unidades más modernas y caras incorporan un servocontrol para el motor del eje motriz, utilizando los servocircuitos tradicionales.

6.- FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE GRABACIÓN/REPRODUCCIÓN DE UN MAGNETÓFONO A CASETE. Para facilitar la comprensión del circuito de la Figura 21 se representa el circuito eléctrico de un sistema monofónico utilizado en la grabación y reproducción de cintas magnéticas.


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El preamplificador Se usa tanto para grabación como para reproducción (con sólo colocar la cabeza de reproducción-grabación a su salida o a su entrada). Está formado por 1/2 circuito integrado del NE 542, que ha sido concebido para aplicaciones en las que las bajas señales manejadas requieren un bajo factor de ruido. La alimentación en continua del integrado se realiza a través de la resistencia R615 a la patilla 6, además, ésta se encuentra desacoplada mediante los dos condensadores, uno para altas frecuencias C616, entregándole el potencial positivo a esta patilla libre de posibles interferencias que pueden aparecer en la red de alimentación y otro para bajas frecuencias C617, la patilla 3 se encuentra a potencial de masa (referencia). La entrada no inversora, patilla 8, se utiliza como entrada del preamplificador a través del condensador de acoplo C614. El condensador C612 se utiliza para estabilizar el circuito integrado. La ganancia del preamplificador queda fijada por las resistencias de realimentación R618 y R114, que unen la salida, patilla 5, con la entrada inversora del integrado, patilla 7. El circuito del control automático de nivel

Figura 21. Esquema general del sistema de grabación/reproducción de un magnetófono a casete.


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El funcionamiento del circuito de control automático de la Figura 21 es como sigue: la señal presente a la salida del preamplificador se aplica a un circuito de filtro paso-bajo formado por la resistencia R630 y el condensador C630, filtro que hace que el doblador de tensión al que va a quedar aplicada la señal de salida del preamplificador no pueda ser afectado por la señal de polarización de la cabeza grabadora. Después del filtro paso-bajo aparece un doblador de tensión formado por C618 junto con los diodos D601 y D603 que se van a ver afectados por las variaciones dinámicas que se producen en la señal de audio. A tal efecto, el nivel de tensión presente en los extremos del condensador C618 queda aplicado entre la base del transistor TR604 y el emisor de TR602 transistores que se encuentran en acoplo directo; por tanto, esta tensión controla la corriente de base del TR604. Cuando se está grabando una señal con una amplitud débil y en un momento dado, la amplitud se incrementa considerablemente y pasa al preamplificador de grabación, el cual la amplifica aún más. Esta señal pasa al circuito paso-bajo, que permite su paso para posteriormente entregarla al circuito doblador de tensión, que carga el condensador C616. Esta tensión queda aplicada a la base de TR604 que lo lleva rápidamente a la saturación, aumentando su corriente de emisor que queda aplicada a la base de TR602, el cual aumenta su corriente de colector y, por tanto, su tensión colector-emisor se reducirá, presentando una impedancia dinámica entre estos dos elementos muy pequeña que amortigua la señal de entrada aplicada a las resistencias R605 y R610. Todo este proceso se consigue como consecuencia de la variación que sufre la resistencia dinámica colector-emisor del transistor TR602, que, al encontrarse en paralelo con la resistencia R610, varía la resistencia resultante de estas dos y, por tanto, la caída de la tensión aplicada a la entrada aumenta en la resistencia R605 y disminuye en la R610, reduciendo el nivel de la señal efectiva aplicada al preamplificador. También puede darse el caso contrario, es decir, que la señal que se va a grabar tenga un nivel elevado de amplitud y en un instante dado pase a un nivel más bajo. En este caso, la señal presente a la salida del preamplificador también se viene abajo instantáneamente, por lo que el nivel de señal que recibe el doblador de tensión es menor y la carga recibida por el condensador C618 se reduce con respecto a la que tenía con anterioridad. Como consecuencia, la resistencia dinámica presentada por los transistores TR604 y TR602 aumenta y el condensador se descarga más lentamente. Cuando la señal se debilita, los transistores entran a tener una menor conductividad y presentan una resistencia dinámica más elevada entre la unión de base-emisor de dichos transistores, lo que provoca que circule una menor corriente de colector por el transistor TR602 y, por tanto, su resistencia dinámica entre colector-emisor aumenta. Esto provoca un aumento de la tensión entre colector-emisor y, al encontrase esta en paralelo con la resistencia R610, aumenta la resistencia total del conjunto, y por tanto, la tensión de entrada disminuye en la resistencia R605 y aumenta en la R610. La red de ecualización Está formada por los condensadores C22, C626 y C628 junto con las resistencias R624, R626 y R628. Su función es realimentar la señal de salida del preamplificador a la entrada no inversora (patilla 7) y su acción depende de la frecuencia, de tal forma que a la salida del preamplificador se obtiene un refuerzo de bajas frecuencias. En el proceso de grabación se mencionó que en la respuesta de la cabeza grabadora existe una atenuación para bajas frecuencias que crece 6 dB/octava. La acción de la ecualización consiste en compensar las atenuaciones y los refuerzos para obtener una curva de respuesta plana, que pueda excitar al amplificador de potencia. El condensador C608 se utiliza para evitar que el preamplificador detecte señales de RF. La red de preénfasis para grabación Está formada por la resistencia R632 en paralelo con el condensador C632 y la cabeza grabadora. Proporciona un refuerzo a altas frecuencias, lo cual compensa lo perdido por la técnica empleada para la polarización, a la cual hay que sumar las pérdidas propias de la cabeza. La trampa de la frecuencia de polarización Está constituida por el circuito resonante, formado por L602 y C610, el cual está sintonizado a la frecuencia del oscilador. Este circuito se encuentra entre la cabeza grabadora y la red de preénfasis, y tiene por misión realizar estas dos funciones:


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a)

b)


Su primera función consiste en que la frecuencia del circuito oscilador que genera la señal de polarización para la cabeza de grabación no llegue al circuito del preamplificador. Esto lo consigue el circuito resonante citado trabajando a la misma frecuencia del oscilador de borrado. A tal efecto, presenta una impedancia máxima que provoca una gran caída de tensión en sus bornes y mínima corriente para esta frecuencia, lo que crea una trampa para la frecuencia y evita que ésta pueda alcanzar al circuito del preamplificador. La otra misión consiste en que, al formar un circuito resonante de alta impedancia a la frecuencia de polarización y quedar a la salida del preamplificador, éste debe presentar una baja impedancia para las señales de las frecuencias a grabar. Esta circunstancia se consigue al ser las frecuencias a grabar de una frecuencia mucho más baja que la de polarización, por lo que el circuito trampa presenta para estas frecuencias muy baja impedancia.

El circuito polarizador de la cabeza grabadora Está formado por la red compuesta por la resistencia ajustable R603 y el condensador C606, y tiene como función adecuar mediante la resistencia ajustable el nivel de la tensión de polarización aplicado a la cabeza grabadora. El circuito de borrado y el oscilador de polarización Está constituido por el transistor TR601, que forma un oscilador del tipo Colpitts en el que el circuito resonante está formado por los condensadores C602 y C603 en paralelo con la cabeza de borrado. A la vez, estas capacidades forman los divisores que adaptan las impedancias de base y emisor al circuito oscilante. La bobina L601desacopla la tensión de emisor a masa y la resistencia R601 es la que polariza al transistor adecuadamente. Hay que resaltar que este oscilador se emplea, tanto para generar la frecuencia de polarización o bias a entregar a la cabeza de grabación como para dar la frecuencia de borrado de esta cabeza, oscilando con una tensión eficaz de 26 Vef a una frecuencia de 53 kHz.

7. SISTEMAS REDUCTORES DE RUIDO. La relación Señal – Ruido (S/N), es una de las características más importantes en cualquier aparato de la cadena de sonido, puesto que es determinante en la calidad de sonido obtenida finalmente. Las cintas magnéticas siempre han tenido un importante nivel de ruido de fondo. Si queremos grabar una señal muy potente, se produce una distorsión debido a la no linealidad del sistema; se ajustará por tanto, la seña de entrada a los límites adecuados para que no se genere esta distorsión. Si las señales a grabar son muy débiles al escuchar lo grabado se aprecia el soplido intrínseco de la cinta y el ruido de fondo debido a la presencia de interferencias de corriente alterna, acoplamientos parásitos, etc. Aunque se ha mejorado mucho con los avances en la fabricación de cintas, aun hoy día es considerable el ruido, y por eso, los aparatos de grabación y reproducción en cinta magnética necesitan filtros para esconder, ó reducir esos ruidos indeseables. Existen numerosos sistemas reductores de ruido DBX, Telcom C-4, High-Com II, ANRS, DNR, DNL; pero el más popular de todos es el Dolby. Los Laboratorios Dolby son los que han desarrollado la mayoría de los sistemas de reducción de ruido para grabación en cinta magnética, de hecho está compañía fue fundada por Ray M. Dolby, precisamente con ese fin, producir sistemas reductores de ruido. El sistema, originalmente, consiste en tratar la señal antes de la grabación para enmascarar el ruido, de forma que en la reproducción se vuelva a realizar el procesado inversor para recuperar la señal original. Existen diferentes sistemas de reducción de ruido Dolby: Dolby B, C, DBX, S, A, SR.


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Tema nº 15: Sonido de Cine

Equipos de Sonido

Sonido de Cine 1. INTRODUCCION. En los últimos tiempos, el mercado del equipo de sonido doméstico se ha enfocado a la sustitución, o ampliación de los equipos convencionales estéreo, para que el usuario pueda reproducir películas de vídeo con prestaciones de audio similares a las existentes en las salas comerciales de cine. A partir de la primera película sonora en 1906, se trabajó en sonido monofónico durante muchos años, hasta que en 1949 se estrena la primera película con banda sonora en estéreo, esta es “Fantasía” de Walt Disney. En aquella época el sonido estéreo se producía ya en tres canales, con un canal central para asegura los diálogos orientados desde los actores en la pantalla hacia el espectador. Posteriormente en 1953 se incorporan los altavoces posteriores en las salas de cine. En 1968 aparece el primer aparato que proporciona dos canales estéreo frontales y dos posteriores en mono para el sonido “Surround”. A finales de 1987, los Dolby Laboratorios Inc. Desarrollan el Dolby Stereo SR para las salas de cine, y en poco tiempo el Dolby Prologic para el mercado doméstico, trabajando básicamente del mismo modo que los procesadores profesionales de las salas de cine a partir de cuatro canales: Izquierdo (L), Derecho (R), Suround (S- formado por dos canales traseros en mono), y un canal central (C).

2. DOLBY SURROUND. Dolby Surround (o Dolby Estéreo) fue concebido originalmente para uso en los cines; la idea fue rodear a la gente con sonido a fin de ofrecerles la sensación de que estaban dentro de la acción. El sistema Dolby Surround consta de un decodificador pasivo que trabaja con tres canales: El derecho (R), el izquierdo (L), y el Surround. El decodificador separa la información L y R, y la conduce al canal Surround. A partir de 1987 aparecieron multitud de cintas de video grabadas en Dolby Surround, en seguida, las máquinas de juego y las tarjetas de sonido de los PC se incorporan a las nuevas tecnologías sonoras.

3. DOLBY PROLOGIC. El Dolby Prologic es una versión doméstica del Dolby Surround. El Dolby Prologic utiliza los siguientes canales: El derecho (R), el izquierdo (L), un canal central (C) y un canal trasero para el sonido envolvente ó Surround (S). Las cuatro señales (L, R, C, S) se graban en canales separados. En esta etapa se efectúa el balance correcto y la mezcla de efectos. Entonces las cuatro señales se codifican en dos canales denominados LT (izquierda total) y RT (derecha total). Estos dos canales se graban en la película o en la cinta de vídeo. En este formato se distribuyen las cintas de vídeo y se reproducen; así pues a fin de obtener el sonido Dolby Surround apropiado, los dos canales codificados tienen que ser decodificados en los canales izquierdo, derecho, centro y canales surround.

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Equipos de Sonido

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El éxito y la gran expansión del Dolby Prologic se debe a que es totalmente compatible con el formato estéreo convencional, de tal manera que en la reproducción de una emisión de televisión estéreo, una cinta VHS, un Láser Disc, o un DVD se pueden restaurar los cuatro canales mediante el decodificador Dolby Prologic, además de que cualquier banda grabada en Dolby Prologic se puede reproducir en cualquier sistema estéreo, lo que seguramente permitirá que este sistema siga utilizándose por algún tiempo más. El decodificador Dolby Prologic permite seleccionar un “Tiempo de Retardo” producido electrónicamente, para conseguir un efecto de alejamiento ficticio de los altavoces traseros, los cuales normalmente se encuentran más cercanos al espectador que los frontales. El espectador debe escuchar los canales frontales y traseros simultáneamente.

4. DOLBY DIGITAL 5.1. Este sistema que se utilizó por primera vez en salas comerciales en 1992, permite el almacenamiento y reproducción de 6 (5+1) canales de sonido (Figura 1): •

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C: Un canal, llamado Central (Central Channel), se encuentra detrás de la pantalla (en pantallas proyectadas, como en el cine) o por encima o por debajo (de pantallas de televisión), y se destina a reproducir la mayor parte de los diálogos de la cinta (por esta razón también se le llama Canal de Diálogos o Canal Principal, ya que es el más utilizado). L,R: Dos canales, llamados Frontal Izquierdo (Left Front Channel) y Frontal Derecho (Right Front Channel), detrás de la pantalla (proyectada) o a los lados (televisor), proporcionan la acción en pantalla (por eso, junto con el C, reciben el nombre de Canales de Pantalla). LS, RS: Dos canales, llamados Posterior Izquierdo (Left Surround) y Posterior Derecho (Right Surround), localizados, en el cine, en las paredes laterales y parte de la trasera (se utilizan una fila de altavoces para ambos canales, a 2 o más metros de altura) y, en el caso doméstico, se sitúan dos únicos altavoces a los lados del espectador, a 20º por detrás de su horizontal. Estos canales son utilizados para definir un ambiente sonoro tridimensional que envuelva (surround) al espectador (también se llaman Canales de Ambiente o de Efectos). LFE: Un canal, llamado Canal de Frecuencias o Efectos Bajos (Low Frequency Effects) es utilizado para reproducir por un subwoofer las frecuencias más bajas que los otros altavoces no pueden reproducir. Su colocación en el cine es detrás de la pantalla y al lado o por debajo de los altavoces principales, y en casa es bastante libre (ya que en los límites del espectro el oído humano no localiza bien la fuente de los sonidos), siendo recomendable su colocación a nivel de suelo (hay quien prefiere situarlo en una esquina para que todavía sea mayor su amplitud, al rebotar las ondas en suelo y paredes).

Figura 1. Dolby Digital 5.1 en Casa y en un cine

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El Dolby Digital 5.1 utiliza el sistema de codificación AC-3, que trataremos posteriormente, y no es compatible con el sistema estéreo convencional, por lo que para escuchar un programa Dolby Digital, es necesario un decodificador AC-3. Este sistema se adoptó como estándar para la televisión de alta definición (HDTV), y para el DVD en Europa y Norteamérica.

4.1 Codificación AC-3. El AC-3 es la codificación, que hoy día denominamos Dolby Digital 5.1, y que previamente pasó por la codificación AC1 y AC2, hasta que en 1992 se presenta en las salas de cine como Dolby Digital AC-3. Es el sistema de codificación desarrollado por los Laboratorios Dolby que es capaz de almacenar 5+1 canales, mediante una compresión de datos que reduce el espacio de almacenamiento, hasta una décima parte de lo que se ocupa en un CD. La Figura 2 muestra la distribución y el montaje de un sistema Dolby Digital 5.1:

TV

Altavoz izquierdo

Altavoz Central

Altavoz Derecho

Subwoofer

DVD

Amplifi. A/V Decodi. AC-3

Altavoz Trasero izquierdo

Altavoz Trasero derecho

Figura 2. Configuración de un sistema Dolby Digital 5.1

Los decodificadores Dolby Digital tienen la opción “Down Mixing” para compatibilizar la reproducción de un programa 5.1 en un sistema de audio Surround, Dolby Prologic, estéreo o mono, para no perder la información de audio. El Dolby Digital también incluye la opción de “Tiempo de Retardo” o “Delay”, para retrasar el sonido de los altavoces traseros, de tal modo que se escuchen simultáneamente los canales frontales y traseros.

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La mayoría de los DVD disponen de una salida digital mediante cable coaxial, o cable óptico, que suministra la señal Dolby Digital sin decodificar, denominada DATASTREM, que debe conectarse a un decodificador Dolby Digital 5.1. Los amplificadores modernos de audio/video (A/V) incorporan ya la decodificación 5.1., además de la preamplificación y la amplificación para cada canal, pero si dispone de un sistema convencional estéreo, puede convertirse a Dolby Digital, mediante un decodificador DD.5.1 y añadiéndole los altavoces y amplificadores correspondientes hasta completar los seis canales.

4.2. DTS (Digital Theater System). Este sistema se presentó con la famosa película Jurasic Park, y ofrece, al igual que el Dolby Digital, 5+1 canales, pero con la ventaja, de que el flujo de datos es muy superior, llegando hasta los 1,41 Mbits/seg, y con una resolución de 20 bits, lo que mejora notablemente la calidad del sonido. El problema es que necesita más espacio de grabación, por lo que los discos deben ser de doble cara, ó de doble capa, que en un principio no es un problema para el usuario, salvo su repercusión en el coste. Para leer el DTS, es necesario disponer del decodificador específico DTS, además de ser totalmente incompatible con el Dolby Digital.

4.3. MPEG. Es un formato de audio digital multicanal desarrollado por Philips, que está estandarizado para emisiones digitales via satélite, pero no está estandarizado para DVD. Algunos DVD’s actuales incluyen un decodificador MPEG, pero la incertidumbre de su expansión hace que muchos fabricantes incluyan salidas directas 5.1, para poder adaptar decodificadores externos, si es necesario.

4.4. EX Dolby Digital. Es una ampliación nueva del Dolby Digital que añade un tercer canal trasero (o trasero central) que se estrenó con la nueva “Guerra de las Galaxias”. Este sistema es totalmente compatible con el actual Dolby Digital 5.1.

4.5. DSP. El término DSP, viene de Procesado Digital de Señal, (Digital Signal Processing). En cualquier caso, este procesador de señal trata de simular efectos especiales sonoros, tales como reverberación, simulación acústica de cines, iglesias, teatros, conciertos en directo, etc. Por ello, muchos equipos de audio para cine, además de su correspondiente decodificador (Dolby Prologic, Dolby Digital, DTS, etc.), incorporan, un DSP.

5. AMPLIFICADORES A/V (Audio/Vídeo). Son equipos con prestaciones para escuchar cine en casa (Home cinema). Estos pueden llevar alguno, o varios de los decodificadores mencionados anteriormente. También pueden disponer de entradas para conectar decodificadores externos. Algunos amplificadores A/V de alta gama presenta un puerto RS232, que permite comunicar el procesador que controla el decodificador para poder reprogramarlo exteriormente, y poder realizar actualizaciones de nuevos formatos de decodificación que vayan surgiendo en el futuro. En la siguiente Figura 3 observamos un moderno amplificador A/V y sus características.

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Figura 3. Amplificador A/V

Características: Entradas de audio: 9 (CD CDR/MD, Cinta, TV, LD, DVD, VCR1, VCR2, AUX). Entradas de vides: 6. Entradas digital: 2 coaxial, 2 ópticas, y RF para Láser Disc. Decodificación: DTS, Dolby Digital y Prologic, con entrada de 5.1 canales para decodificador externo. Pre-out de 5.1 canales para amplificación externa. Sintonizador de radio: FM, MW, LW. 50 presintonías. RDS.

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Tema nº 16: Sistemas Digitales de Control

Equipos de Sonido

Sistemas Digitales de Control 1. INTRODUCCIÓN. Los sistemas de control, también conocidos como SYS-CON o unidad central de proceso (CPU), son, en definitiva, microprocesadores que reciben las órdenes mediante control remoto, por señales infrarrojas, o por medio de un teclado de funciones externo que maneja el usuario, a través del cual se ejecutan la totalidad de las órdenes activando o desactivando los sistemas de salida. El sistema de control también puede recibir señales internas que procedan de consoladores periféricos o de interruptores (switches), que se pueden encontrar en el interior del dispositivo electrónico; es el caso del compact disc ya estudiado, con los interruptores de apertura y cierre de la bandeja que aloja al disco CD. El sistema de control es el corazón de cualquier dispositivo y tiene un número de entradas por las que recibe la información desde los sensores, que pueden ser de varios tipos: de rotación, de presencia de señal infrarroja remota, a través del teclado de funciones, etc., y que dependen del dispositivo electrónico que vayan a controlar. Además, posee unas salidas por las que controla los elementos extremos, dando las instrucciones de control oportunas en función de la situación en que se encuentren sus entradas. Como mínimo, todo sistema de control se encuentra alimentado por una fuente de alimentación que se refiere a masa, también tiene un reloj oscilador para sincronizar los pasos internos y una línea de puesta a cero o reset. En la Figura 1 se muestra el diagrama de bloques de un sistema de control. Dentro de las diferentes funciones que pueden realizar los sistemas de control destacamos éstas: • Controlar la matriz del teclado externo, que se encuentra en conexión directa con el sistema de control. Ejecuta cualquier orden externa que el usuario haya seleccionado previamente, por ejemplo: PLAY, AVANCE, RETROCESO, STAND-BY, etc. • Interpreta y evalúa las órdenes que se reciben mediante el control remoto a distancia. • Muestra mediante el visualizador del display las funciones realizadas por el dispositivo electrónico en cuestión. • Recibe la información de los circuitos sensores o de los switches o micro interruptores externos. • Controla sus salidas en función de los niveles de señal que se reciban por las entradas. Figura 1. Diagrama de bloques de un sistema digital de control



2. LA MATRIZ DE LAS TECLAS Todos los sistemas de control se comunican con el usuario por un puerto externo a través del cual el sistema recibe las órdenes. Se trata de la matriz de teclas de barrido (del inglés keyscan). Este periférico externo se encuentra constituido por una matriz de teclas, formada por un número determinado de pulsadores que están conectados entre sí mediante un modo de matriz, es decir, que sólo se pueden utilizar ocho entradas y ocho salidas, en lugar de 64 como se podría suponer (Figura 2). Esta matriz es explorada por el microprocesador que conforma el sistema de control a través de las ocho salidas. Se produce un nivel alto durante un intervalo muy corto de tiempo en una de las salidas y se efectúa un barrido sobre todas ellas. Posteriormente son leídas las entradas y se aplica un procedimiento determinado, acorde a la tecla pulsada. Si hay algún dato, se codifica en función de las líneas de entrada y salida activadas.

Figura 2. Matriz de teclado utilizada por un sistema emisor de control remoto.

Por ejemplo, al pulsar la tecla “1” se creará una relación entre el punto de contacto de la salida del terminal 16 (DRV0N) y la entrada del terminal 3 (SENAN). En el interior de la unidad central de proceso, el circuito encargado de la vigilancia identifica la orden ejecutada al pulsar la tecla 1 y la interpreta, pasando a realizar todas las operaciones necesarias para concluir esta orden introducida por el usuario. Los diodos intercalados en las líneas de salida tienen como misión aislar las entradas, ya que como las líneas de salida no están a un nivel lógico alto, en el instante de pulsar una tecla de cualquier función en un momento de nivel bajo, antes de que llegue el pulso de barrido que explora todas las teclas, los diodos impedirán la carga en la dirección inversa a las líneas de salida. Las matrices de contactos por pulsación manual se basan en resortes con contactos muy próximos entre sí, normalmente formados de una capa de carbono que se encuentra en una



burbuja de plástico que sólo necesitan una ligera presión para cerrarlos. A este tipo de contactos se les denomina teclado de membrana y tienen tendencia a desgastarse por un uso prolongado, por lo que es frecuente que se produzca una avería de bloqueo de la función y resulte imposible seleccionarla. Cuando esto sucede, se suele deber a problemas de contacto mecánico o de alta resistencia porque los contactos se hayan quedado abiertos, bien por suciedad o bien por falta de contacto físico. Una forma relativamente sencilla de solucionar los problemas consiste en limpiar con alcohol los contactos de la placa de circuito impreso, que han quedado posiblemente abiertos por la acumulación de polvo que ha ido depositando entre los contactos o en las membranas de carbón.

3. EL CONTROL REMOTO. MANDOS A DISTANCIA. El control remoto se basa en el manejo a distancia de las funciones de gobierno de un determinado dispositivo, ya sea de un receptor de radio o de un equipo de audio. El control remoto actúa sobre el dispositivo de igual forma que cuando se manipulan las teclas exteriores de control presentes en el panel frontal del equipo por el usuario. El control remoto lo constituyen un conjunto formado por un emisor de infrarrojos (Figura 2), que emite las órdenes, y un receptor, que las recibe y las transmite dentro del equipo para su posterior decodificación y ejecución. El módulo emisor consta, básicamente, de un oscilador, una matriz de teclado y un generador de órdenes conectado a un dispositivo emisor de infrarrojos. Este dispositivo es modulado por la información que constituyen las órdenes de mando o instrucciones, y que dependen de las entradas seleccionadas en el teclado. De esta forma, se producen paquetes de radiación que van a excitar a los diodos led emisores de infrarrojos, que se van a encargar de realizar la transmisión de las citadas órdenes o instrucciones hacia el elemento receptor que se encuentra en el equipo que se desea pilotar. La información que se transmite es diferente para cada función: control de volumen, balance, exploración de sintonía, conexión y desconexión del dispositivo a gobernar, etc. Esta información (constituida por unos y ceros) queda definida por los distintos intervalos de tiempo entre una secuencia de pulsos de luz infrarrojos muy cortos. Por tanto podemos suponer que la palabra de control queda definida por los diferentes bits que la coronen, los cuales quedan fijados por el intervalo de tiempo entre los impulsos consecutivos de la palabra digital. Este tiempo lo podemos considerar como T. Basándose en el período delimitado por T entre dos pulsos consecutivos, el sistema puede descifrar si se trata de un dígito binario de valor 1 o 0. Para ello, si el tiempo T transcurrido entre dos impulsos es igual a T, es interpretado por el sistema del receptor como un 0, y si el tiempo entre éstos es igual a 2 T, se considerará como un 1 (Figura 3). En el módulo receptor, el transductor está formado por un fototransistor que transforma la señal infrarroja en una señal de naturaleza eléctrica que contiene la información de la orden que se va a ejecutar. Tal información es aplicada a un decodificador o detector de órdenes para que la procese y la direcciones hacia la función a la que va destinada.

Figura 3. Representación de una palabra o instrucción de un control remoto.



3.1. Localización de averías en mandos a distancia. Los mandos a distancia por infrarrojos pueden ser probados si se dirige la emisión del tren de impulsos a un receptor de radio sintonizado en la banda de AM y se pulsa alguna de sus teclas de función, lo que producirá en la emisión de radio un ruido característico. Las averías más típicas de los mandos son malos contactos de las pilas, interrupción de los cables que unen las pilas al circuito impreso, pilas cortocircuitadas debido al cortocircuito de el condensador de estabilización que se encuentra en paralelo con la alimentación, menor potencia emitida debida a fallo del circuito integrado o del circuito del diodo IR, fallos de contactos de una o varias teclas, etc. En la Figura 4 tenemos el esquema completo de un mando de infrarrojos.

Figura 4. Circuito completo de un mando a distancia por rayos infrarrojos, con indicación de los puntos a medir.

Las comprobaciones necesarias para detectar la avería de un mando a distancia son: a) Medir la tensión en las pilas y en las conexiones del circuito impreso. b) Pulsar una tecla y medir simultáneamente la tensión de alimentación. Si la tensión de alimentación no varía, es que hay una interrupción. Si la tensión baja drásticamente, es que hay un cortocircuito. c) Medición de tensión en el diodo IR. Debe haber una tensión umbral de unos 0,7 V. Si el valor fuese mayor el diodo estaría abierto. d) Comprobación de los transistores. Para ello mediremos la tensión base-emisor, estando aplicada tensión en el colector. e) Comprobación del cristal de cuarzo. Medir con un osciloscopio la señal generada por el cristal y si no es la correcta cambiarlo por otro. Si con las pruebas realizadas no pudiera encontrarse la avería, el circuito integrado será defectuoso.



La señal de infrarrojos emitida por los diodos del transmisor, en el receptor ha de transformarse de nuevo en una señal eléctrica, para después amplificarse. Esta señal será recibida por un fototransistor o un fotodiodo de infrarrojos. En la Figura 5 tenemos un sistema de recepción de infrarrojos. El diodo de silicio actúa como una resistencia variable, que varía al compás de la frecuencia de rayos infrarrojos. Con ello, los impulsos de estos rayos se transforman en impulsos de tensión. Éstos se amplifican para poder controlar el circuito receptor. Un circuito de regulación interno cuida de que la luminosidad ambiental no actúe adicionalmente sobre la resistencia del fotodiodo. Par comprobar el funcionamiento de un receptor de infrarrojos se realizarán los siguientes pasos: a) Examinar la emisión del mando a distancia, como anteriormente hemos explicado. b) Medir la tensión de alimentación del circuito receptor. c) Comprobación de la tensión del fotodiodo receptor. Conectar un voltímetro al fotodiodo y con una fuente lumínica (linterna o mando a distancia con tecla pulsada) se ilumina el fotodiodo. La tensión debe bajar, de otro modo el fotodiodo estará defectuoso. d) El mando a distancia se alinea con el fotodiodo y se pulsa una tecla y simultáneamente se mide con un osciloscopio en extremos del fotodiodo donde debe aparecer una serie de impulsos. e) Medir con el osciloscopio los impulsos amplificados. Si este oscilograma no es correcto el circuito integrado preamplificador está defectuoso.

Figura 5. Sistema de recepción de infrarrojos.



4. PANTALLAS VISUALIZADORAS DE INFORMACIÓN O DISPLAYS La información binaria utilizada por los sistemas digitales debe presentarse a los usuarios de forma legible para interpretación. Por ello, se desarrollaron los dispositivos decodificadores, cuya misión es decodificar la información binaria y presentarla como códigos numéricos o alfanuméricos para hacerlos reconocibles por el usuario. Existen en el mercado diferentes tipos de visualizadores (también denominados displays), entre los que estacamos los siguientes: • Visualizadores de diodos led. • Visualizadores fluorescentes. • Visualizadores de cristal líquido.

4.1. Los visualizadores tipo LED. Están formados por diodos LED. Se utilizan para representar números o caracteres alfanuméricos, iluminando los diodos LED necesarios para ello. En la Figura 6 se puede ver su estructura, la polaridad y el símbolo de un diodo foto emisor led. La disposición que suelen adoptar estos displays es la que se muestra en la Figura6, donde se puede apreciar que tienen siete segmentos, cada uno de los cuales es, esencialmente, una unión PN que tiene la propiedad de emitir luz cuando se polariza directamente a través de sus terminales de conexión y regula su luminosidad variando la corriente de polarización directa. En cuanto al color, depende de las proporciones de los materiales con que están construidos (galio, arsénico y fósforo), que dan colores rojos, verdes y, con menos frecuencia, amarillos. Poseen un consumo elevado, por lo que no se usan en equipos portátiles. La mayor parte de los displays de siete segmentos tienen un segmento suplementario para la iluminación de la coma decimal, aunque pueden presentarse bajo otras formas más comunes, como son las utilizadas para representar los códigos alfanuméricos que podemos observar en la Figura 6 a la izquierda. Los displays de siete segmentos y los alfanuméricos pueden ser de dos tipos: de ánodo común o de cátodo común, donde sus cátodos o sus ánodos van unidos respectivamente a un punto común.

Figura 6. Visualizadores del tipo LED.



4.2. Visualizadores fluorescentes. Los displays están gobernados directamente por el microprocesador, que contiene los transistores para excitar los diferentes segmentos mediante multiplexado. Funcionan de forma semejante a como lo hace un tubo de rayos catódicos, es decir, una superficie de fósforo es bombardeada con electrones, pero se utilizan tensiones mucho menores, del orden de 20 o 100 V. Están constituidos por un recipiente de vidrio (Figura 7), en el cual se ha efectuado el vacío, y en su interior se disponen tres electrodos: el cátodo, constituido por un filamento de baja temperatura, las rejillas, que normalmente aparecen una por cada dígito o zona de indicación y que se encuentran formadas por una malla de hilo muy delgada que separan al cátodo de los otros electrodos que están constituidos por los ánodos. Estos últimos pueden adoptar diferentes formas, siendo la más frecuente la del segmento de un dígito numérico o alfanumérico, aunque pueden presentarse en otras formas gráficas muy distintas.

Figura 7. Estructura interna de un visualizador fluorescente.

Los ánodos están recubiertos con un material fluorescente (generalmente un compuesto del fósforo), que tiene la facultad de iluminarse de un color verde o azul cuando los electrones emitidos a alta velocidad por el filamento chocan sobre ellos. Estos visualizadores pueden multiplexarse y aquí la rejilla toma su razón de ser, ya que polarizándola de forma adecuada se impide el paso de los electrones emitidos por el filamento hacia el ánodo, creando así la representación alfanumérica o gráfica demandada. En la Figura 8 se puede apreciar la distribución e los terminales de un visualizador fluorescente comercial.

Figura 8. Visualizador fluorescente.



4.3. Visualizadores de cristal líquido (LCD). A diferencia de los visualizadores que acabamos de estudiar y que basan su funcionamiento en elementos generadores de luz (por este hecho se pueden calificar de activos), los dispositivos de información visual que ahora vamos a estudiar son de tipo pasivo. Actúan sólo en virtud de la luz ambiental y su eficacia depende estrechamente del sistema de iluminación. Tienen un consumo relativamente bajo, hecho comprensible si se tiene en cuenta que, al no generar luz (son moduladores de la luz incidente), no tienen necesidad de energía. En general, se define un cristal como una estructura sólida en la cual las moléculas se presentan perfectamente ordenadas en unas determinadas direcciones espaciales y, por tanto, sus moléculas tienen un grado de libertad que puede considerarse prácticamente nulo. Sin embargo, hay una gran cantidad de materiales que carecen de punto de fusión en el sentido estricto de la palabra: Cuando se calientan, en lugar de pasar de sólidos a líquidos, atraviesan un estado intermedio, que recibe el nombre de cristal líquido. Cuando un material se encuentra en dicho estado, muestra unas propiedades intermedias entre el estado sólido y líquido: concretamente, presenta una cierta ordenación mono bidimensional de largo alcance, al estilo de los sólidos, pero a la vez es fluido, como los líquidos. Se trata, en la inmensa mayoría de los casos, de moléculas con forma alargada y cierta rigidez estructural, que limita sus posibilidades de empaquetamiento con respecto a sus vecinas. Estos visualizadores de cristal líquido están constituidos por un material orgánico, compuesto por moléculas delgadas y alargadas o por placas planas, con raras propiedades cristalinas, formando enlaces compuestos por varios cientos de miles de moléculas. Las moléculas de estos materiales son, normalmente, polares y, por tanto, puedan ser reorientadas en el espacio mediante la aplicación de campos eléctricos interrelacionados entre sí. Además, presentan la propiedad de ser transparentes u opacos, según sea la orientación de dichas moléculas. Es precisamente esta propiedad la que les permite utilizarse como visualizadores. Son dispositivos que permiten o no el paso de la luz y necesitan de la luz natural o artificial para su funcionamiento, ya que no tienen elementos misivos.


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Tema nº 17: Reparación de averías electrónicas

Equipos de Sonido

Reparación de averías electrónicas 1. INTRODUCCIÓN. 1.1. Conocimientos en electrónica requeridos. Para garantizar una reparación satisfactoria de cualquier equipo electrónico, en primer lugar el técnico debe conocer perfectamente tanto la teoría como la práctica de funcionamiento del equipo. Intentar una reparación para lo que no se está preparado es irresponsable, peligroso y normalmente de resultados negativos. En segundo lugar, se necesita una gama de elementos auxiliares, que van desde productos químicos a herramientas para pruebas de equipos. Localizar averías a nivel de equipos o de tarjeta es fácil y requiere pocos conocimientos en electrónica. Sin embargo la reparación a nivel de componentes requiere unos conocimientos en electrónica, mucho mayores.

1.2. Consejos para manipular equipos. Los siguientes consejos son una lista de lo que se debería y no debería hacerse para prevenirle de daños a usted y a su equipo: • • • • • • • • • •

Desconecte siempre su equipo de toda corriente antes de sacar o introducir tarjetas de circuitos. Si lleva anillos o correas de reloj metálicas, quíteselos cuando trabaje cerca de equipos de alta tensión o de alta corriente para evitar descargas o quemaduras. Conecte siempre el polo negativo o de masa de sus aparatos de medida antes de hacer contacto con el polo positivo. Descargue la electricidad estática a masa antes de tocar tarjetas o dispositivos modernos de estado sólido. Emplee siempre que pueda productos antiestáticos. Al encender un equipo de sonido, asegúrese de que el control de volumen esté bajo. Podría dañar los altavoces por un excesivo nivel de potencia. Suministre alimentación a los circuitos CMOS antes de aplicar señales de entrada. Es aconsejable trabajar lejos de los teléfonos, intercomunicadores internos, etc., cuando estemos reparando equipos de audio. Intentar hacerse de los manuales de funcionamiento y esquemas electrónicos del equipo a reparar. Si trabajamos con dispositivos de montaje superficial (SMDs), cuidado con arañar algún componente con las puntas de prueba, ya que podría cambiar su valor. No tocar las puntas de prueba cuando se hagan medidas de tensión o intensidad.


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2. TIPOS DE AVERIAS ELECTRÓNICAS. 2.1. Averías totales. Si nada funciona: las luces del panel, los diodos led y todos los demás indicadores. Asegúrese de que tenemos corriente de RED. Tras esta comprobación inicial, normalmente el técnico debería comprobar la fuente de alimentación para ver si suministra las tensiones adecuadas.

2.2. Mal funcionamiento. Cuando un equipo funciona mal, es más difícil de reparar que cuando no funciona en nada. Lo mejor para este tipo de averías es comparar el funcionamiento actual del equipo con el que viene en sus especificaciones de casa, y seguir los pasos que más adelante estudiaremos.

2.3. Averías provocadas por el usuario. Provienen de la manipulación de personas curiosas y no cualificadas en el interior de equipos. El técnico debe buscar signos evidentes de manipulación como pueden ser cortocircuitos por transformadores de RF desconchados o resquebrajados, o sellos de pintura rotos sobre ellos o sobre otros componentes ajustables, tales como resistencias variables internas. Estos signos nos pueden indicar la necesidad e volver a ajustar el equipo de acuerdo con las especificaciones del fabricante.

2.4. Averías intermitentes. La clave para reparar cualquier clase de avería intermitente es conseguir mantener el equipo sin funcionar el tiempo necesario para encontrar la causa. •

Averías mecánicas intermitentes:

¿Se ha encontrado alguna vez con un televisor que ha dejado de funcionar y tan sólo funciona dándoles un golpe seco en la carcasa?. A esto lo llamamos avería mecánica intermitente. En la mayoría de los casos es posible ir reduciendo el problema hasta llegar al componente defectuoso, fijándonos atentamente primero en la zona general del equipo, y después en la tarjeta del circuito impreso que sea más sensible a los golpes mecánicos. Las averías mecánicas intermitentes pueden resolverse con sólo sacar o meter tarjetas, conectores, cables en enchufes o clavijas limpiando sus contactos. Mirar también con una lupa las posibles fisuras de las pistas del circuito impreso que van conectadas a los conectores o tarjetas. •

Averías térmicas intermitentes:

La avería térmica suele darse cuando el equipo lleva funcionado un tiempo. Si lo apagamos un rato, el problema habrá desaparecido al encenderlo de nuevo. Podemos simular este ciclo térmico aplicando calor y/o frío con el fin de obtener los síntomas del problema. Si aplicamos de manera selectiva calor o frío en zonas cada vez más pequeñas del equipo o de la tarjeta, al final podremos aislar el componente defectuoso. Para enfriar amplias zonas, podemos emplear aerosoles comerciales específicamente fabricados con el fin. Para calentar deberíamos emplear una pistola de calor o incluso un secador. Conforme vayamos reduciendo la zona sensible a la temperatura, podemos emplear la punta de un pequeño soldador para calentar los componentes individualmente. Los productos de enfriamiento para circuitos que tengan dispositivos de montaje superficial (SMDs) deberán ser antiestáticos. El enfriamiento de circuitos SMD debe hacerse con cuidado. Debido a la dilatación y a la contracción, emplee un mínimo nivel de enfriamiento, ya que puede dañar fácilmente los diminutos componentes.


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Averías irregulares intermitentes:

El equipo con este tipo de avería no responderá a los golpes secos ni a los cambios de calor o frío. Es la avería más difícil de reparar, ya que los síntomas desaparecen cuando entra el técnico en escena. Las técnicas para hallar problemas irregulares son: 1.- Hacer funcionar el equipo a máximo rendimiento durante largos períodos. Si no puede permitirse pasar el tiempo observando el equipo, póngalo aparte funcionando a máximo rendimiento. Podemos trabajar en otras cosas y de vez en cuando comprobar el equipo sospechosos para hallar el fallo. 2.- Someter el equipo a temperaturas anormalmente altas o bajas. Si hace funcionar el equipo durante largo tiempo no da resultado, el siguiente paso podría ser sobrecalentarlo o enfriarlo y ver si es eso lo que provoca la avería. Para calentar el equipo completo podemos fabricarlos una caja con lámparas incandescentes y un termostato, en el interior de esta caja introduciremos el equipo a comprobar. Para enfriar podemos incluso utilizar un frigorífico. 3.- Aplicar mayores o menores tensiones de RED. Esto debe hacerse con mucho cuidado con el fin de no causar ningún daño adicional, ya que por ejemplo los chips digitales TTL no soportan más del 5% de sobretensión o de tensión mínima sin ser dañados o sin que falle el circuito. 4.- Otras comprobaciones. En los circuitos digitales, un nivel de tensión entre cero y uno puede ocasionar averías irregulares intermitentes. Este problema puede ser detectado con un osciloscopio.

2.5. Averías con motorboating o ruido de motor. El ruido de motor se refiere al sonido que a veces se oye cuando las pilas de una radio se debilitan o los condensadores electrolíticos de una fuente de alimentación se secan y dejan de filtrar adecuadamente. Si la situación es extrema, la oscilación puede manifestarse como un chillido.

2.6. Averías traumáticas. Este tipo de averías son el resultado de accidentes que provocan daños en más de un componente, como pueden ser: •

Daños producidos por fuego o humo.

Con sólo realizar una detallada inspección visual del equipo, determinaremos se es rentable hacer que vuelva a funcionar. Si hay componentes de plástico quemados o derretidos, lo mejor es dejar que la compañía de seguros se ocupe del tema. Si por el contrario no hay pruebas de excesivo calor lo primero que haremos será cambiar cualquier componente claramente dañado. •

Inversión de la polaridad de la fuente de C.C.

Cuando accidentalmente le cambiamos la polaridad a la alimentación de un circuito que no viene protegido para esta eventualidad, los componentes más susceptibles de sufrir daños son: condensadores electrolíticos, diodos, transistores y circuitos integrados. Cada uno de estos componentes debería ser examinado por si están dañados. Un simple examen en busca de componentes cortocircuitados o abiertos no es suficiente, ya que puede haber daños internos que no se manifiesten con el óhmetro de un polímetro. Después de cambiar gran número de componentes, la mejor forma de verificar su funcionamiento es paso a paso por medio de señales a través de la circuitería. Supondremos al conectar el circuito a su fuente de alimentación que puede estar cortocircuitado por algún punto y por tanto tomaremos las precauciones correspondientes. Una manera de proteger a los equipos de inversiones de polaridad es colocar un diodo en serie con la batería de alimentación, de tal manera que al circuito le llegará tensión solo cuando polaricemos directamente al diodo.


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Cuando el equipo se ha caído.

Si el equipo no queda totalmente hecho pedazos claramente, un simple golpe no tiene por qué se tan grave como podríamos pensar. Algunos de los problemas mas probables son que los componentes más pesados se hayan soltado de la tarjeta del circuito, o que algunos cables se hayan desconectado, o que la tarjeta del circuito impreso haya provocado circuitos abiertos o intermitentes. •

Cuando el equipo se ha sumergido en el agua.

Los primero que hay que hacer con un equipo que ha sido metido en agua es secarlo y desprenderlo de sales y productos contaminantes lo más pronto posible. Si el agua es salada, tendremos que meter el equipo en agua dulce tibia y agitarlo. Si se trata de agua dulce o ya lo hemos limpiado de sal, el siguiente paso será sumergirlo en un liquido especial disponible a tal fin en comercios y tiendas especializadas. Si el equipo estaba conectado durante su inmersión la corriente habrá circulado por partes del circuito por donde no debería, la corrosión por electrolisis podría haber borrado pistas de los circuitos. Algunos componentes podrían oxidarse y desprenderse sus patillas, etc. Después de una inspección visual y dependiendo del valor del equipo y de la devaluación tras el accidente, decidiremos si es conveniente repararlo o no. •

Aplicación de sobretensión en un lugar equivocado.

Cuando un técnico está utilizando una sonda o una herramienta metálica en el interior de un equipo funcionando, se corre el riesgo de poner en cortocircuito en par de patillas de un circuito integrado, pistas de un circuito impreso, etc. Puede ser que esto no provoque daños, pero en ocasiones si se da con la combinación equivocada se puede producir un gran daño tras un extraño ruido, humo o simplemente deja de funcionar el equipo tras el fallo del técnico. Si se ha producido un accidente de este tipo, lo primero que hay que hacer es fijarse exactamente dónde se aplicó la sobretensión. Sobre el esquema, anote los puntos donde se ha hecho el cortocircuito y determine los componentes que han podido salir dañados. Estos componentes serán normalmente circuitos integrados, reguladores y condensadores electrolíticos.

2.7. Sobretensiones y transitorios. Las sobretensiones que provocan fallos en equipos electrónicos son, en realidad, picos de tensión en la red eléctrica. Estos picos son impulsos de alta tensión que pueden llegar a provocar fallos en condensadores de filtro, en semiconductores, o en el aislamiento de transformadores y componentes dentro de la circuitería que estén más alejados de la fuente de alimentación. Existen polímetros que tienen la función especial de detectar las tensiones más bajas y más altas que miden y guardarlas en su memoria. Hay equipos que utilizan dispositivos supresores y filtros para evitar sobretensiones y transitorios. Una manera de evitar las sobretensiones es situar en paralelo a los primarios de los transformadores de alimentación varistores, o en paralelo a los secundarios dos zéner en anti-serie.

2.8. Averías por sobrecalentamiento de componentes. Tenemos que tener en cuenta los siguientes puntos: •

Una resistencia pequeña no debe calentarse ni quemarse en condiciones normales. Si se quema tiene su causa en el fallo de otro componente. Normalmente un transistor o un condensador electrolítico que ha entrado en cortocircuito.


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Si hacemos funcionar una resistencia de carbón al límite de la potencia que soporta, con el tiempo podría variar su valor de resistencia en Ω. Los transistores también pueden averiarse debido a su propio calor, por fallo en la polarización o por utilizar transistores al límite de la potencia que soportan. Los condensadores no deben calentarse, si encontramos condensadores sobrecalentados, pero no por influencia de otros componentes que estén próximos, probablemente tendrán pérdidas abundantes y estarán defectuosos. Un condensador puede destruirse por exceso de tensión a causa de transistor cortocircuitado. Todo cable sobrecalentado o quemado debe ser cambiado. Aun cuando el aislamiento esté intacto, probablemente esté quebradizo y pueda desprenderse posteriormente. Después de oler una o dos veces un transformador quemado, un técnico es capaz de reconocerlo inmediatamente, sabiendo que ha habido un exceso de paso de corriente por el transformador.

2.9. Problemas de zumbidos. Cuando nos aparecen zumbidos en el altavoz de un amplificador, puede ser por una de las siguientes causas: 12345-

Insuficiente capacidad de filtración de una fuente de alimentación. Sobrecarga de una fuente de alimentación. Ausencia de conexión a tierra o masa del chasis. Presencia de más de una masa común cuando tendría que haber sólo una. Un circuito abierto en un circuito de alta ganancia y de alta impedancia.

Los condensadores electrolíticos de los filtros pueden secarse con el tiempo y dejar de filtrar, se dice que el condensador está abierto. Si sospechamos esto, colocaremos en paralelo con el condensador sospechoso un condensador en buen estado de capacidad y tensión similar. Si el zumbido desaparece, habremos verificado que el condensador original está abierto. La sobrecarga de una fuente de alimentación estará caracterizada por el sobrecalentamiento del transformador o por que de vez en cuando se funde el fusible. Los caminos cerrados de tierra también pueden emitir zumbidos a un circuito debido a la presencia de demasiados puntos de masa.

2.10. Problemas de distorsión. Los problemas de distorsión hacen referencia a los cambios no deseados de una onda que alteran su forma original. Para ello existen Analizadores de distorsiones como instrumentos de precisión que nos permiten comparar la distorsión de un aparato con respecto a la que nos marca el fabricante. También podemos ver con un osciloscopio una distorsión de audio moderada. Para ello, emplee como señal de entrada una onda senoidal pura y siga la señal a través del circuito hasta que aparezca la distorsión. Ésta se deberá a la polarización indebida de un transistor o a un transistor en mal estado.

2.11. Averías microfónicas. Un circuito microfónico es aquél que varía su señal de salida como respuesta al ser tocado o golpeado debido a que uno de sus componentes está actuando como un micrófono, modulando la señal de salida. Los inductores empleados en algunas aplicaciones de radiofrecuencia pueden ser microfónicos bajo ciertas condiciones. Se puede dar el caso cuando se utiliza una bobina en algunos osciladores LC. Este efecto puede minimizarse anclando firmemente cada espira de la bobina con adhesivos específicos.


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2.12. Controles ruidosos. Al girar o mover el control del volumen puede que en ocasiones produzca un chirrido estridente en los altavoces. Una solución temporal para este tipo de problemas es emplear un espray aerosol para este fin, sin embargo, la mejor solución y más duradera es cambiar el control ruidoso.

2.13. Las averías más resistentes. Todo técnico se encuentra de vez en cuando con un problema de difícil solución. Consulte la siguiente lista y puede que encuentre la solución: 1- Se han acabado las baterías del equipo bajo análisis o de los instrumentos de medida, o estas baterías hacen mal contacto. 2- ¿Cambió los valores de algún elemento del equipo bajo análisis y se ha olvidado de reestablecerlos?. 3- Pruebe a sustituir los aparatos de medida por otros que sepa que funcionan correctamente. 4- Si tiene acceso a otro equipo que funcione correctamente, compare las lecturas de los instrumentos de medida en el aparato bueno y el defectuoso. 5- Olvídese del problema durante algún tiempo. A veces podemos implicarnos demasiado y comenzar a cometer errores tontos. 6- Considere pedir ayuda a otro técnico. 7- Asegúrese de que está empleando el libro de instrucciones correcto.

3. LOCALIZACION DE AVERIAS EN SISTEMAS. Podemos definir un sistema electrónico como un conjunto de equipos individuales e interconectados. Para solucionar averías en sistemas el técnico debe seguir unos pasos determinados, no obstante existen los denominados Sistemas Integrados de Comprobación, que son ordenadores dentro de un sistema con el propósito de localizar averías. Por ejemplo se utilizan ordenadores para detectar averías en redes telefónicas, televisión, sistemas de automatización etc. El ordenador detecta problemas y averías y nos avisa donde y cuando se ha producido una avería.

3.1. Pasos lógicos en la localización de averías de sistemas. 1. Conocer el sistema. Para localizar una avería en un sistema electrónico primero debemos adquirir los conocimientos necesarios sobre su funcionamiento, controles, mandos, indicadores, haciendo especial énfasis en aprender a interpretar su diagrama de bloques o su esquema electrónico. El diagrama de bloques de un sistema muestra cómo se tratadas las señales e indica la ruta a través del propio sistema. Si conocemos este diagrama y comprendemos la misión y funcionamiento de cada bloque, el diagrama de bloques y esquema electrónico serán una herramienta útil a la hora de detectar averías. Tiene poco sentido intentar arreglar un equipo sin el esquema. Cuando no dispongamos de un esquema, puede intentarse utilizar un esquema de un equipo similar, o utilizar un equipo igual al averiado que funcione correctamente para hacer medidas comparativas. 2. Buscar esquemas de localización de averías dados por el fabricante del equipo. Algunos manuales de instrucciones de equipos llevan esquemas de localización de averías, donde nos dan un listado de síntomas posibles de averías y al lado de cada síntoma nos reflejan el posible problema y su solución. Por tanto estos esquemas serán muy útiles para el técnico reparador.


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3. Obtener todos los detalles de la avería y verificar el problema. Hablar con la persona que haya detectado la avería y con el diagrama de bloques en la mano verificar la avería. El técnico estará ya en condiciones de empezar a descartar los distintos bloques que integran el sistema como posibles causas de su mal funcionamiento. Si lo considera adecuado, el técnico debería pedirle al operario que demuestre el problema, para ver si este manipula adecuadamente el sistema o por el contrario no lo hace correctamente. Con la información dada por el cliente y la verificación por parte del técnico identificar el tipo de avería que tiene el equipo ( avería total, traumática, térmica, zumbidos etc.) para actuar en consecuencia.. 4. Búsqueda inicial de soluciones fáciles. Antes de desmontar un equipo, buscar señales y pensar que hay un problema mayor, comprobar los siguientes puntos: 1234-

Estado de fusibles y su ajuste. Conexiones de cables y conectores exteriores Corriente en la toma o en las baterías. Ajuste de controles y mandos exteriores.

5. Apertura del equipo. Cuando en la búsqueda de soluciones fáciles no encontremos la avería deberemos seguir los siguientes pasos. 1- Abrir el equipo desenchufado de la red con cuidado de no forzarlo mecánicamente y que no se desconecten cables o conectores. Hay que tener en cuenta que algunos equipos traen un seguro interbloqueo, que es un conmutador especial que se activa para evitar peligros provocados por la línea de energía eléctrica cuando se abre una carcasa de un equipo. Una vez abierto el equipo debemos desbloquear los conmutadores de interbloqueo. 2- Anote la situación y colores de cables desconectados. 3- Descargue los condensadores de alta tensión (de más de 24 Vcc) o los condensadores de alta capacidad (de más de 1000 µF) para no dañar los instrumentos de medida. Esto se hace cortocircuitando los condensadores con un cable; si no queremos que salte una chispa demasiado alta podemos descargarlos a través de una resistencia. 4- Recomendaciones de seguridad: -

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Cuando trabaje con circuitos de alta tensión o corriente, use solo una mano para medir, meta la otra mano en uno de los bolsillos traseros de los pantalones. Esto reduce la posibilidad de que pase accidentalmente corriente a través del pecho (40 mA a través del pecho podrían ser fatales). Quítese las joyas antes de empezar a trabajar para evitar cortocircuitos o buenos pasos de corriente hacia nuestro cuerpo. Cuidado con los electrodos de los tubos de rayos catódicos ya que trabajan con muy altas tensiones. No se sujete a una masa metálica mientras busca una avería. Conecte primero el cable de masa de los instrumentos de medida y desconéctelo el último. Esto le prevendrá de tocar inesperadamente una punta de medición y una masa y circule corriente a través de usted. Debemos tener precaución a la hora de conectar la masa de la sonda del osciloscopio con la masa del equipo, de lo contrario podemos causar cortocircuitos en el equipo. (No dar siempre por hecho que el negativo es la masa). Hay que tener en cuenta que los polímetros generalmente miden valores eficaces (rms) de corrientes alternas senoidales perfectas, por tanto si queremos medir señales


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rectificadas, ondas cuadradas, triangulares, etc., el polímetro nos estará dando una medida falseada. Si vamos a utilizar un polímetro para medir tensiones alternas senoidales distintas de 50 Hz, debemos consultar las especificaciones del fabricante para ver hasta que frecuencias podemos medir.

-

5- Realizar una inspección visual general y comprobar lo siguiente: -

Buscar componentes quemados (visualmente o por olor), cables sueltos o cortados y terminales mal soldados. Fíjese atentamente en el centro de los circuitos integrados de plástico, si hay partes bufadas indican que se han sobrecalentado o cortocircuitado. Averías mecánicas antes de las electrónicas. Condensadores electrolíticos en equipos antiguos o en zonas donde se produce calor: los condensadores tienden a secarse. Los circuitos impresos se rompen en las zonas donde hay calor y se encuentran componentes pesados. Controles, interruptores y sensores que tengan partes mecánicas; también enchufes y clavijas, que se puedan desgastar o corroer; y cualquier parte externa del equipo, como pilas y antenas. Soldaduras frías. Comprobación de cables abiertos o cortocircuitados con otros. En los circuitos SMD busque componentes rajados o desconchados, terminales mal soldados en los extremos de los componentes SMD.

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6- Seguimiento de señales y tensiones en el esquema . Mediante la instrumentación electrónica adecuada realizar las medidas y seguimiento de las señales ayundándonos del esquema electrónico, diagrama de bloques e información teórica de funcionamiento del equipo. Hacer medidas de tensión con un polímetro, haciendo comparaciones entre las tensiones normales y anormales es una de las primeras técnicas para localizar averías electrónicas. Cuando estamos midiendo la tensión en un componente y nos da una tensión demasiado baja o demasiado alta las causas pueden ser: • • •

Tensión demasiado baja La tensión de la Fuente de • Alimentación es baja. La resistencia del componente que • estamos midiendo es muy baja (podría estar cortocircuitado). Voltímetro estropeado o su sonda • abierta.

Tensión demasiado alta La tensión de la Fuente de Alimentación es alta. La resistencia del componente que estamos midiendo es muy alta (podría estar abierto). Voltímetro estropeado .

Una vez que el técnico se ha asegurado de que el problema todavía está presente, que no está provocado por el operario, que no hay ningún defecto a simple vista, y que la fuente de alimentación funciona correctamente, tendremos que hacer un seguimiento de las señales analógicas. El método consiste en aplicar una señal de entrada al comienzo de la circuitería que se está analizando y entonces seguir la señal a través de las sucesivas etapas con un osciloscopio, en la salida de la etapa que no exista señal o sea diferente a la esperada estará el problema buscado. 7- La sustitución de componentes. Cuando con las medidas realizadas encontremos una anormalidad, podemos sacar el componente más sospechoso y comprobar su estado. Si comprobar el componente es difícil como por ejemplo los circuitos integrados, colocar componentes que sabemos que funcionan en un sistema averiado es un método rápido, fácil y eficaz para la localización de averías. Antes de colocar el componente que funciona debemos de verificar que las tensiones o señales que le llegan son las adecuadas, de lo contrario podríamos averiar el componente nuevo.


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3.2. Localización de cortocircuitos. Cuando tenemos un cortocircuito en una fuente de alimentación de un equipo electrónico, lo más probable es que nos salte el fusible. Sustituyendo este fusible por una lámpara adecuada podremos conectar de nuevo el equipo para intentar localizar la situación del cortocircuito, sirviéndonos además dicha lámpara como indicación de que todavía persiste el cortocircuito, si ésta está encendida; si la luz de la bombilla disminuye o se apaga será indicativo de que ha desaparecido el cortocircuito. El cortocircuito se ha podido producir en cualquier punto de la fuente de alimentación o bien en la carga de ésta (véase la siguiente Figura). Para averiguar donde se ha producido el cortocircuito podemos seguir el siguiente método: Abrimos o partimos el circuito por el Punto 1, insertamos el fusible y aplicamos corriente. Si se funde el fusible, el cortocircuito está a la izquierda del Punto. Si no se funde, apague la corriente, vuelva conectar el Punto 1, corte por el Punto 2 y de nuevo conecte la corriente. Si se funde el fusible, el problema está entre los Puntos 1 y 2. Si no, apague la corriente, vuelva a conectar el Punto 2, y abra el circuito por el Punto 3. Repita este procedimiento hasta localizar el cortocircuito. Punto 1

Punto 2 Punto 3

Punto 4

Punto 5

FUSIBLE TR1

PT1 REGULADOR Rs Vef

-

+

1

220V/50Hz

S

E

2

3

M

C1

•

CARGA

C2

Tipos de cortocircuitos en la CARGA:

Si una carga determinada produce una sobrecarga o cortocircuito, parecerá que la fuente de alimentación está defectuosa, fundiéndose a menudo el fusible de la línea. Si tenemos dudas sobre si la carga de una fuente de alimentación es la que está provocando problemas, desconecte la carga: • •

Si es una fuente de alimentación normal, enciéndala y compruebe la tensión de salida; si nos da la tensión adecuada y no se funde el fusible el problema estará en la carga. Si es una fuente de alimentación conmutada, haremos lo mismo pero colocándole una carga artificial razonable.

Cuando exista una sobrecarga o cortocircuito en la carga, mediremos la resistencia que la fuente de alimentación “ve” en la carga con un polímetro (utilizaremos la polaridad correcta en los cables del polímetro, + con + y – con -). El valor medido por el polímetro estará dentro de estas tres posibilidades: Cortocircuito Franco: Cortocircuito de menos de 2Ω: Este cortocircuito es producido por cables, pistas unidas o un condensador en cortocircuito. Dicho condensador puede ser uno de los muchos que hay en paralelo con la alimentación, y cuya función es absorber impulsos o ruidos de muy corta duración en particular en los circuitos integrados TTL. Semicortocircuito: Resistencia entre 2 y ≈ 50 Ω: Algún semiconductor está cortocircuitado. La resistencia interna de los semiconductores cortocircuitados no pasa a ceros ohmios completamente.


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Cortocircuito o Sobrecarga Pseudo-Zéner: Resistencia casi normal: Es raro, pero puede darse. Deberíamos comparar la medida de resistencia con otro circuito idéntico que funcione correctamente. Se produce debido a que uno de los semiconductores se rompe de tal forma que hace algo parecido al diodo zéner, empieza a conducir y bajar su resistencia interna solamente a un nivel determinado de tensión. •

Métodos de localización de cortocircuitos en una CARGA: Existen varios métodos dependiendo del tipo de cortocircuito: El método Smoke-out: Utilizado para semicortocircuitos o cortocircuitos Pseudo-Zéner, se trata de aplicarle al circuito una fuente de alimentación regulada (que no varía la tensión al variar la corriente) y esperar a que el semiconductor defectuoso se sobrecaliente de forma anormal, facilitando de esta manera su identificación si lo tocamos con cuidado. Una resistencia sobrecalentada es casi siempre indicio de que algo puesto en serie con ella está en cortocircuito (normálmente un condensador o semiconductor), y también de que la propia resistencia no es el componente defectuoso. El Método Shortrack: Es el más efectivo para hallar la causa de un cortocircuito franco, cuando el problema son cables, pistas o algún condensador en cortocircuito. Se basa este método en un instrumento de medida que aplica a los cables de alimentación de nuestro circuito una baja tensión, además está dotado de una sonda que al pasarla por encima de las pistas o cables es capaz de ir siguiendo el camino de la corriente. Busque un condensador en el camino o un puente de soldadura y considérelos como la causa más probable de avería. Sustitución de los componentes más susceptibles de causar cortocircuitos: Es útil para localizar semicortocircuitos o cortocircuitos Pseudo-zéner. Si se analiza con detalle el esquema del circuito defectuoso, se observará que algunos de sus componentes, aunque estuviesen cortocircuitados, no pueden provocar un flujo de corriente grande, debido a que hay resistencias de elevado valor puestas en serie con ellos. Así los componentes que más probabilidad de provocar cortocircuitos son los transistores de potencia, SCRs y condensadores electrolíticos. El método del congelador: Este método es muy poco usado. Se basa en dejar la tarjeta que presenta un cortocircuito en un congelador durante aproximadamente una hora. Al sacarla, verá que se ha acumulado sobre ella una fina capa de hielo. Ponga rápidamente en funcionamiento la tarjeta con objeto de que pase alta corriente por el cortocircuito. La primera zona en la que se derrita el hielo será el camino por el que esté pasando el flujo de alta corriente. Siga las pistas de la fuente y de la masa, ya que son las que indicarán el componente que está en cortocircuito o el puente de soldadura. El método de corte de pista y prueba: Este método supone cortar materialmente las pistas de la tarjeta del circuito impreso en una serie de puntos seleccionados y comprobar si desaparece el cortocircuito. Este método es el más perjudicial a la hora de localizar un cortocircuito.


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4 TIPOS DE FALLOS EN COMPONENTES COMUNES y COMPROBACIÓN DE SU ESTADO FUERA DEL CIRCUITO. COMPONENTE

Fallos comunes

Comprobación

Las resistencias quemadas se Midiendo su valor en Ω con un polímetro, nos tendrá que dar dentro de los pueden abrir, siendo este fallo márgenes que marca su tolerancia. fácilmente visible. Las resistencias de película metálica se pueden resquebrajar y abrirse, aunque el fallo puede no resultar obvio a simple vista ya que las grietas suelen ser microscópicas. Resistencia NTC y PTC Midiendo su valor en Ω con un polímetro y aplicándole calor para ver si varía (termistores) su resistencia de acuerdo con las indicaciones del fabricante. Resistencia

Resistencia VDR

Estas resistencias disminuyen su valor cuando aumenta la tensión en extremos de ellas. Para comprobar si funcionan correctamente debemos aplicarles una tensión determinada y medir su corriente, calculando con la ley de Ohm su resistencia. Ahora aumentamos la tensión y de nuevo volvemos a medir su intensidad, calculando su resistencia nos tendrá que dar un valor más bajo.

Resistencia LDR

Midiendo su valor en Ω con un polímetro y sometiéndola a variaciones de luz para ver si varía su resistencia de acuerdo con las indicaciones del fabricante. Midiendo su valor en Ω con un polímetro primero entre sus terminales más extremos nos tendrá que dar su valor nominal marcado en su cuerpo. Después mediremos su variación de resistencia desde 0Ω hasta su valor nominal entre la patilla cursor y una patilla extrema.

y Suelen abrirse por uno de sus extremos. Los potenciómetros para control de volumen pueden producir gran ruido al mover su cursor. El 90 % de los fallos en Condensador condensadores son cortocircuitos en su interior. Si medimos en extremos de un condensador cortocircuitado con un voltímetro nos dará una tensión cercana a cero voltios. Es muy raro que un condensador se abra o que cambie su valor, pero puede suceder. Condensador electrolítico Debido a las altas temperaturas y corrientes de alimentación, de filtro tienden a secarse reduciendo su efectividad y dando lugar a un aumento del rizado de la alimentación. Condensadores variables Pueden tener fallos mecánicos, el condensador se resquebraja y se rompe o que la ranura del tornillo de ajuste se desgasta. Se abren o se cortocircuitan. Diodos de potencia Resistencia variable potenciómetro

Verificar su valor con un polímetro digital que mida capacidad. Si el polímetro no mide capacidad, mediremos su resistencia en Ω, si nos da cero Ω el condensador está cortocircuitado. Si nos da infinito no quiere decir que el condensador esté bien, pudiera estar abierto. En este caso lo mejor es sustituirlo por otro para ver si el condensador original estaba defectuoso.

Si se sospecha o se mide con un osciloscopio, un nivel excesivo del rizado en un fuente de alimentación, se puede conectar en paralelo un condensador adecuado grande. Esta es la mejor comprobación.

Igual que los condensadores fijos.

Con un polímetro digital en la escala de Ωx1: Anodo (+) y cátodo (-): Resistencia muy baja. Anodo (-) y cátodo (+): Resistencia muy alta. Con un polímetro digital en la escala de diodos: Polarizado directamente nos dará la tensión directa (0,7v para Si y 0.3 para Ge) y polarizado inversamente nos marcará circuito abierto. Se abre o se cortocircuita Comprobar cada uno de los diodos con un polímetro. Puentes rectificadores cualquiera de sus diodos. Se abren o se cortocircuitan. El primer paso es comprobar su funcionamiento con un óhmetro como un Diodo Zéner diodo normal (en directo resistencia baja y en inverso resistencia muy alta). Para ver si mantiene su tensión zéner debemos de conectarle una fuente de alimentación variable (0-30V) en serie con una resistencia de 2K2Ω. Ahora aumentaremos la tensión de la fuente hasta superar la tensión nominal del zéner; si el zéner se encuentra en buen estado la tensión en extremos del zéner será la tensión nominal del zéner (tener precaución que la intensidad a través del zéner nunca sobrepase la Izmax). Comprobación con un polímetro digital, lo mismo que un diodo de potencia. Si Diodos varicap y de Se abren o se cortocircuitan. tenemos un polímetro analógico las comprobaciones deberán hacerse en los sintonización rangos de Rx1 a Rx1000, ya que si utilizamos rangos mayores podríamos destruir el diodo debido a la elevada corriente que genera el polímetro. Suelen abrirse en vez de Igual que un diodo normal Diodos LED cortocircuitarse Suele abrirse en vez de Se puede comprobar individualmente cada uno de sus diodos LED. Display 7 segmentos


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cortocircuitarse, alguno de sus diodos. Sustitución por uno nuevo.

Visualizador de Cristal Líquido Se abren o se cortocircuitan. Fotodiodo

Se puede comprobar como un diodo normal, pero si queremos saber si recibe luz, lo mejor es situar un polímetro u osciloscopio en extremos del fotodiodo y observar las variaciones que VCC se producen. R 1000

D FOTODIODO

Diodos Gunn, Impatt y de Recuperación abrupta (diseñados para trabajar a frecuencias de microondas) Diodos pin Diodo emisor de Suelen abrirse cortocircuitarse. infrarrojos (IRED) Transistor Bipolar

No se pueden comprobar con un polímetro. Se pueden comprobar con toda seguridad sustituyéndolos por otro nuevo.

en

vez

Igual que un diodo normal de potencia de Igual que un diodo LED normal.

Se abren o se cortocircuita una Con un polímetro en la escala de Ωx1: de sus dos uniones, debido a Base-emisor polarizados directamente: Resistencia baja. exceso de corrientes o tensiones. Base-emisor polarizados inversamente: Resistencia alta. Base-colector polarizados directamente: Resistencia baja. Base-colector polarizados inversamente: Resistencia alta. Colector-Emisor en ambas polarizaciones: Resistencia alta. • •

También se puede medir en la posición de diodos de un polímetro digital, que nos mida su tensión directa. Algunos polímetros traen un transistómetro que nos sirve para comprobar el buen funcionamiento de un transistor cuando al conectarlo nos mide una ganancia aceptable.

Transistor Darlington

Se abren o se cortocircuita una Igual que un transistor bipolar, con la diferencia que si utilizamos un polímetro de sus uniones, debido a exceso digital en el rango de diodos no nos marcará 0,7V, sino 1,4V. de corrientes o tensiones.

Fototransistor

Se abren o se cortocircuita una Para comprobarlo es necesario que esté montado en su circuito, y realizar de sus dos uniones, debido a medidas de tensión con polímetro u osciloscopio cuando este recibe o no luz exceso de corrientes o tensiones. (visible o infranroja). Sin embargo es más fácil y concluyente poner un nuevo transistor y ver si nos soluciona el problema.

Transistores de efecto Hall (sensible a los campos magnéticos) Transistores de efecto de Su terminal de puerta está campo y puerta aislada asilado de la fuente y el drenador por medio de un aislante muy (IGFETs). fino que se agujerea fácilmente con las descargas electrostáticas que se producen cuando se manejan incorrectamente.

Sustitución por un transistor nuevo.

Transistores de efecto de El problema más común y que campo de unión (JFETs) los estropea se da cuando son polarizados por realimentación, ya que el diodo produce una fuga o un cortocircuito en lugar de estar abierto. Transistores uniunión (UJT)

Utilizando un óhmetro y colocando sus terminales entre drenador y fuente, y dejando la puerta abierta, se debe registrar una resistencia. La puerta con los otros dos terminales debe mostrarse como un diodo, con una resistencia relativamente baja en una dirección y un circuito abierto cuando se aplica la polaridad opuesta.

Pilas y baterías

Conectamos un óhmetro entre drenador y fuente (positivo al drenador de un IGFET Canal N, y de polaridad opuesta para un IGFET Canal P) y también se cortocircuita la puerta con el drenador, el óhmetro debería marcar un resistencia relativamente Baja. Se aconseja comprobar las lecturas exactas de los componentes originales con otros que sepamos que están bien.

Con un polímetro en la escala de Ωx1: B2 – E: Cómo una unión PN normal, en directo resistencia muy baja y en inverso resistencia muy alta. B1 – E: Cómo una unión PN normal, en directo resistencia muy baja y en inverso resistencia muy alta. B1 – B2: Resistencia de algunos kilohmios. El fallo más común es que no Medir su tensión con un voltímetro mientras suministra corriente a una carga mantienen su tensión nominal adecuada., y observar que su tensión no baja mucho. cuando se les pide un suministro apropiado de corriente.


Cables cortos

y

_ _____ Tema nº 17: Reparación de averías electrónicas conductores Se parten por tirones y esfuerzos Con un polímetro digital y conectando cada una de las puntas de prueba del mecánicos polímetro a los extremos del cable que se quiere comprobar, emitiendo el polímetro un pitido indicador de continuidad.

Mazos de cables longitud elevada

Cables coaxiales

Conectores

Cristales de Cuarzo

Fusibles

Inductores o bobinas

Micrófonos Dinámicos

de Se parten por tirones y esfuerzos mecánicos, o se producen cortocircuitos o uniones entre varios cables por rozaduras entre ellos

Búsqueda de hilos abiertos -1ª Técnica: Con la ayuda de alguien, el extremo más alejado del conductor puede conectarse a masa a través del chasis del aparato. Luego en el otro extremo puede comprobarse la continuidad utilizando este punto (masa) en común como línea de retorno. Búsqueda de hilos abiertos - 2ª Técnica: En un mazo de cables se considera uno de ellos como conductor de retorno. En el extremo más lejano un ayudante cortocircuitará el hilo de retorno con uno de los demás hilos. En el extremos más cercano, con un polímetro comprobaremos la continuidad entre el hilo de retorno y el hilo elegido. Así para comprobarlos todos deberemos ir cortocircuitanto el hilo de retorno con cada uno de los demás hilos. Comprobación de cortocircuitos entre hilos: Con un polímetro puesto en continuidad, una de las puntas de prueba se coloca en el primer hilo, y vamos tocando con la otra punta los hilos restantes del cable, uno a uno, siguiendo un orden lógico. Una vez que han sido comprobado todos estos hilos, habrá que mover la primera de las puntas al segundo hilo, y usando la misma secuencia, tocar de nuevo el resto de los hilos con la otra punta de medición del polímetro. • Con un polímetro situado en continuidad podemos ver si en el cable hay un circuito abierto o un cortocircuito. Si el cable es largo cortocircuitamos en un extremo el conductor, y medimos en el otro extremo la continuidad con el polímetro. • Para detectar aplastamiento del cable o daños en el blindaje se utilizan unos aparatos denominados generadores de reflectometría de dominio temporal (TDR).

Se parten por tirones y esfuerzos mecánicos. Se producen cortocircuitos entre el blindaje y el hilo interior. Se producen aplastamientos que dan lugar a un cambio de impedancia que no pueden detectarse con un óhmetro. Malas conexiones, roturas de Medir continuidades con un polímetro. cables a la llegada al conector, averías mecánicas intermitentes. Fallos debido a condiciones Sustitución por otro cristal. límite, tensión excesiva, etc; rotura física por esfuerzos mecánicos. •

Fusibles con hilo conductor: Se abren por un exceso de corriente. • Fusibles semiconductores: Parecidos a pequeños condensadores aumentan su resistencia cuando pasa un exceso de corriente, y vuelven a una baja resistencia cuando desaparece la sobrecarga. Por exceso de corriente pueden sobrecalentarse y abrirse. Un inductor también puede entrar en cortocircuito entre un arrollamiento y otro o con su cubierta metálica. Rotura de la bobina del micrófono o del transformador adaptador de impedancias (si lo lleva). Averías mecánicas en el diafragma.

Medir su continuidad con un polímetro.

Con un óhmetro podremos medir su resistencia que a menuido es muy baja, menor a 1 Ω. Pero debido a esta baja resistsencia, cuando tiene espiras cortocircuitadas, es muy difícil de detectar. Sustituirlo por otro que esté bien es la mejor forma de saber si un inductor sospechoso está defectuoso o no. •

Si se comprueba un micrófono con un óhmetro, debe aparecer un valor de resistencia: la resistencia del arrollamiento secundario del transformador de adaptación. Esta resistencia será aproximadamente 150 Ω si se utiliza como toma para una salida de 600 Ω. • Una comprobación aún mejor, si va equipado con un tansformador de adaptación, es conectar los terminales de salida del micrófono a un polímetro digital situado en una escala de algunos milivoltios de CA. Acercando nuestra boca al micrófono decir la palabra inglesa four (cuatro, pronunciada “fooorrr”) dicha con fuerza; el polímetro debe marcar algunos milivoltios de CA. Conexiones eléctricas Mirar continuidad en las conexiones eléctricas y cable. Si el carbón está Micrófonos de Carbón defectuosas. Produce mucha apelmazado por la humedad, se suele arreglar con un golpe suave contra una distorsión porque la humedad superficie sólida. apelmaza los gránulos de carbón. eléctricas Conectar los terminales de salida del micrófono a un polímetro digital situado Micrófono de Cristal o Conexiones defectuosas. Rotura física por en una escala de algunos milivoltios de CA. Acercando nuestra boca al cerámico esfuerzos mecánicos. micrófono decir la palabra inglesa four (cuatro, pronunciada “fooorrr”) dicha con fuerza; el polímetro debe marcar algunos milivoltios de CA.


_ _____ Tema nº 17: Reparación de averías electrónicas Con un óhmetro debe registrar un circuito abierto.

Micrófono de condensador Varistor de metal-Öxido (MOV).

Lámpara de Neón

Bobinas fonocaptoras o Las mismas que una bobina de pickup (cabezal de grabación, de lectura o de escritura) Células fotoeléctricas Desgaste de sus contactos por la producción de arcos entre los contactos y la oxidación de us puntos de contacto. Bobina del relé se abre.

Relés

Tiristores (SCRs)

Relé de Estado Sólido (generalmente tienen un led de entrada y un triac de salida, para con pequeñas C.C, controlar grandes potencias de CA.) Altavoces

Se puede comprobar como si se tratara de dos diodos zener puestos en serie, en oposición. Conectar un Fuente de Alimentación de CC, capaz de suministrar 200 Vcc, al MOV mediante una resistencia de 10KΩ. Conecte un voltímetro en el MOV. Aumente progresivamente la tensión de salida de la fuente y fíjese en la tensión cuando la tensión del MOV ya no aumente más con el suministro de tensión que va subiendo. Esta es la tensión en la que el MOV recortará las tensiones transitorias cuando se utilice en tensiones de CA. Se requiere la utilización de una resistencia limitadora de corriente (entre 100 KΩ y 1MΩ) en serie con la lámpara, y conectarlas luego a una fuente de unos 120 V CA. Si se enciende la lámpara, es que está en buenas condiciones. Sustitución por otro nuevo.

Comprobar que la célula puede producir una fracción de 1 amperio a menos de 1 voltio de tensión. Medir continuidades en los contactos del relé y verificar los que son abiertos y cerrados, tanto con el relé en reposo como con el relé activado. Medir la continuidad de la bobina del relé que esta puede medir desde algunas decenas de Ω hasta algunos miles de Ω (generalmente en el cuerpo del relé nos da tanto la tensión de activación como la resistencia de la bobina del relé). Con un polímetro en la escala de Ωx1 : Anodo y cátodo: Resistencia muy alta para las dos polaridades posibles. Puerta y cátodo: Cómo una unión PN normal, en directo resistencia muy baja y en inverso resistencia muy alta. Sustitución por otro nuevo.

•

•

•

Conmutadores, interruptores

Transformador potencia o alimentación.

Por averías mecánicas se quedan siempre abiertos o siempre cortocircuitados. Debido a la corrosión y a la formación de arcos, los contactos del conmutador producen resistencia. La corriente normal que fluye por la resistencia provoca la subida localizada de temperatura y acentúa el problema de corrosión. abiertos o de Arrollamientos de cortocircuitados. Fugas entre los arrollamientos, y entre los arrollamientos y núcleo.

• •

1. 2.

3.

4.

Transformador de audio

Arrollamientos abiertos o 1. cortocircuitados. Fugas entre los arrollamientos, y entre los 2.

Comprobación de un altavoz que se sospecha que produce distorsión: Presionar con los dedos (separados unos 20 mm) suavemente ambos lados del cono central del altavoz. Si el altavoz está bien no debe producirse ningún sonido chirriante o de roce cuando se presiona con suavidad y se suelta. Con un polímetro digital medir la resistencia de éste, que deberá ser la mitad hasta casi la impedancia nominal del altavoz ( de 2,4 a 3,8 Ω para un altavoz de 4 Ω, de 4,8 a 7,6 Ω para un altavoz de 8 Ω, de 9,6 a 15,2 para un altavoz de 16 Ω.) Comprobación de la fase de un altavoz (para que los altavoces que estén en una misma instalación de sonido se muevan juntos hacia adentro y hacia fuera): Con una pila de 1,5 V aplicarla al altavoz y observar para donde se mueve la membrana. Con un óhmetro podremos ver si el conmutador pasa de tener resistencia infinita a ser un circuito cerrado (o viceversa), cuando accionamos el conmutador. Si podemos abrir el conmutador (a veces es necesario taladrar algún remache) podremos limpiar sus contactos y estirar su muelle flojo.

Comprobar con un óhmetro la resistencia de los arrollamientos primario y secundario, deberá estar aproximadamente entre 0 y 20 Ω. Comprobar con un óhmetro la resistencia entre el arrollamiento primario y el secundario, debiendo ser esta resistencia superior a 1 MΩ (esto significaría que la corriente de fugas no es elevada). Comprobar también con un óhmetro la existencia de cortocircuitos o de fugas entre los arrollamientos primario, secundario y el núcleo del transformador. Un cortocircuito aquí tiene como resultado un cortocircuito a masa si el transformador va montado en el chasis. La última prueba será suministrar alimentación al transformador, comprobar que nos da las tensiones de secundario correctamente, y que el transformador no se calienta sin carga en una media hora. Si estuviese defectuoso se calentaría como para no poder tocarlo. Comprobar con un óhmetro la resistencia de los arrollamientos primario y secundario, deberá estar aproximadamente entre 0 y 20 Ω. Comprobar con un óhmetro la resistencia entre el arrollamiento primario


_ arrollamientos y núcleo. 3.

4.

Transformador (botes de FI)

Triac

de

_____ Tema nº 17: Reparación de averías electrónicas y el secundario, debiendo ser esta resistencia superior a 1 MΩ (esto significaría que la corriente de fugas no es elevada). Comprobar también con un óhmetro la existencia de cortocircuitos o de fugas entre los arrollamientos primario, secundario y el núcleo del transformador. Un cortocircuito aquí tiene como resultado un cortocircuito a masa si el transformador va montado en el chasis. Si se trata de un transformador de potencia de audio que se calienta bastante, sería conveniente cambiarlo por otro y comparar el funcionamiento del amplificador.

RF Es posible, aunque muy raro, Lo mejor es la sustitución por otro y comparar la ganancia de la etapa. Si la que un transformador de RF se entrada o salida del transformador estaban sintonizadas, habrá que averíe porque sus arrollamientos resintonizarlas de nuevo. se cortocircuiten internamente. El núcleo de sintonización puede desencajarse e incluso salirse del transformador. Con un polímetro en la escala de Ωx1: • • • •

Diac

Válvulas Circuitos Integrados analógicos y digitales

A2 y A1: Resistencia muy alta para las dos polaridades posibles. P y A1: Resistencia muy baja para las dos polaridades posibles. P y A2: Resistencia muy alta para las dos polaridades posibles. Si se puentea P y A2: Entre A2 y A1 habrá una resistencia muy pequeña, debido a que el triac se ha disparado.

•

Con un polímetro en la escala de Ω, la resistencia que debe dar entre sus terminales en ambas polaridades debe ser muy alta. • No obstante para hacer una comprobación más perfecta deberemos conectarlo en serie con una resistencia, y aplicarle una fuente de corriente alterna de unos 50 V. Debiendo haber en extremos del diac una tensión aproximada a 30 V. Sustitución por otra nueva Es necesario tener la información técnica del chip, para ver donde se encuentran las entradas, salidas, alimentación, etc. Comprobar su alimentación y funciones, y si existe sospecha cambiarlo por otro.


Cuestiones de Equipos de Sonido

Cuestiones Y actividades

Manuel Valenzuela Adamuz Escuela De Enseñanza Ave María – San Cristóbal Ctra de Murcia S/N

______________________________________________________________________ Equipos de Sonido MVA 1


TEMA 1: El Sonido. 1. ¿Qué diferencia hay entre sonido y sensación sonora?

2. Define el sonido como fenómeno físico.

3. ¿Qué es el periodo de una onda acústica?.

4. ¿Qué es la longitud de onda?

5. ¿Qué longitud de onda tiene la frecuencia más baja y más alta que puede percibir el oído humano?. 6. ¿Por donde se transmite con mayor velocidad el sonido por el aire o por el mar? 7. ¿Puede propagarse el sonido en el vacío?. 8. ¿A qué margen de frecuencias es capaz de responder el oído humano? 9. ¿Cuál es el umbral auditivo para mil 1000 Hz? 10. Si tenemos un altavoz dando una potencia de 1 watio, ¿a que potencia deberemos aumentar para sentir una sensación auditiva el doble de la anterior?. 11. ¿Qué tipo de potenciómetros se utilizan para el volumen de los amplificadores? 12. ¿Qué unidad tiene la intensidad sonora? 13. ¿Es la intensidad sonora umbral igual para todas las frecuencias?.



14. ¿Qué diferencia existe entre presión, intensidad y potencia sonora?.

15. ¿Cuál es la potencia referencia para obtener el nivel de potencia sonora en decibelios?. 16. ¿Qué es el tono de una señal sonora?. 17. Dos sonidos de la misma intensidad y distinta frecuencia, ¿producirán la misma sensación sonora en nuestro oído?.

18. ¿Por qué se diferencian dos sonidos de la misma frecuencia generados por instrumentos musicales diferentes?.

19. ¿Qué es un armónico?.

20. ¿Qué expresa el decibelio?.

21. ¿ Qué quiere decir el término dBmW?.

22. ¿Qué es un sonómetro?

23. Supongamos dos ondas sonoras de 1000 Hz, la primera tiene una intensidad de W1=10-16 w/cm2 (intensidad umbral), y la segunda tiene una intensidad de W2=6x10-12 w/cm2. ¿Cuál es la diferencia de nivel en decibelios entre ambas intensidades?.



24. Un altavoz está dando una potencia de 25 watios. ¿Qué nivel de potencia sonora le corresponde en decibelios?.

25. Supongamos una fuente sonora que emite ondas esféricas al aire con una frecuencia de 1 Khz y una potencia de 3 watios. Calcular la intensidad sonora a una distancia de 3 metros del foco sonoro y el nivel de intensidad acústica radiada expresada en dB.

26. Tenemos un previo amplificador al que le aplicamos una señal de entrada de 20 milivoltios y a su salida nos da 5 voltios. Obtener la ganancia en tensión de este amplificador en veces y en decibelios.

27. La señal que medimos en una antena es de 850 microvoltios. Al final del cable de antena de bajada mido que hay 350 microvoltios. Obtener: a) Los decibelios dBv (0.775 v) existentes en la antena y al final del cable.

b) La atenuación que produce el cable de antena.

TEMA 2: Micrófonos 1. ¿Qué es un micrófono?.

2. ¿En qué unidad se mide la sensibilidad de un micrófono?. 3. ¿Qué es la directividad de un micrófono?.

4. ¿Qué tipos de micrófonos existen en función de la directividad de estos?.

5. ¿En qué ocasiones son útiles los micrófonos omnidireccionales?.



6. ¿En qué ocasiones es útil un micrófono bidireccional?.

7. ¿Qué es un micrófono supercardioide?.

8. ¿Qué relación debe haber entre la impedancia interna de un micrófono y la impedancia de entrada del preamplificador al que se le conecta?.

9. ¿A qué frecuencia se da la impedancia de un micrófono?.

10. Si la línea de conexión entre el micrófono y el preamplificador es muy larga, qué tipo de micrófono utilizaré, ¿de alta o de baja impedancia?, ¿por qué?.

11. ¿Qué es la relación señal / ruido de un micrófono?.

12. ¿Tienen polaridad los micrófonos?.

13. Enunciar los distintos tipos de micrófonos.

14. Enuncia las aplicaciones de un micrófono de carbón.

15. ¿Cuáles son los inconvenientes de los micrófonos de cristal?.

16. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un micrófono dinámico?.

17. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un micrófono electret?.



18. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un micrófono de cristal?.

19. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un micrófono de carbon?.

20. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un micrófono de capacidad?.

21. ¿Necesita un micrófono dinámico batería o fuente de alimentación para funcionar?, ¿y el micrófono de cristal?.

22. ¿Por qué los micrófonos electret utilizan un amplificador incorporado?.

23. ¿Cuál es el símbolo de un micrófono dinámico?.

24. ¿En qué se basan los micrófonos inalámbricos?.

25. ¿Cómo se puede comprobar el buen estado de un micrófono.

26. ¿Qué es una línea balanceada y no balanceada en la instalación de micrófonos?.



27. ¿Qué ventajas ofrecen las líneas balanceadas frente a las no balanceadas?. 28. ¿Qué es la alimentación Phantom?.

29. ¿Qué sucedería si, en lugar de conectar un micrófono de condensador, conectáramos un micrófono de cinta a un conector con alimentación phantom?.

30. ¿Cuál es la distancia mínima aconsejada del micrófono a los labios del orador para evitar los golpes de aire que se producen al pronunciar algunas consonantes (p, t)?.

31. ¿Qué es el efecto LARSEN?.

32. Supongamos que un micrófono da una tensión de 3,5 mV cuando sobre su membrana incide una presión de 1 pascal. Obtener el nivel de sensibilidad en decibelios.

TEMA 3: Altavoces y Auriculares. 1. ¿Cuál es el tipo de altavoz más utilizado en HI-FI?.

2. ¿De qué partes consta un altavoz dinámico?

3. ¿Qué componentes aloja el yugo de un altavoz?.

4. ¿Cuál es la misión de la araña en un altavoz?.

5. Enumera los tipos de altavoces según su principio de funcionamiento.



6. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un altavoz dinámico?.

7. ¿En que se base el funcionamiento de un altavoz electrostático?

8. ¿En que se basa el funcionamiento de un altavoz piezoeléctrico?.

9. ¿De qué depende la impedancia de un altavoz?.

10. Cuándo nos dicen que un altavoz tiene una impedancia de 4Ω, ¿a que frecuencia nos dan esa impedancia?.. 11. ¿Cuáles son los valores más usuales de impedancia en altavoces?.

12. ¿Qué es la frecuencia de resonancia de un altavoz?.

13. Si un altavoz tiene una frecuencia de resonancia de 45 Hz. ¿Reproducirá correctamente las frecuencias de 40 Hz?.

14. ¿De qué depende la frecuencia de resonancia de un altavoz?.

15. ¿Qué nos da la curva de respuesta en frecuencia de un altavoz?



16. Tenemos dos altavoces diferentes a los que se le suministra una potencia eléctrica de 2 watios. ¿es posible que la potencia sonora en dB suministrada por cada uno de ellos sea diferente?.

17. ¿Qué significa que un altavoz tenga una sensibilidad de 80 dB/W?

18. ¿,Qué es la potencia admisible de un altavoz?.

19. Define ángulo de cobertura o directividad de un altavoz.

20. ¿Cómo se denominan comúnmente los altavoces para tonos graves, medios y agudos?.

21. ¿Qué altavoces suelen ser de mayor diámetro. los de graves, medio o agudos?.

22. Los altavoces del tipo trompeta, ¿para qué frecuencias están especialmente diseñados?. 23. Si colocamos a un amplificador altavoces de distinta impedancia a la de salida del amplificador, ¿qué puede ocurrir?.

24. Si tenemos varios altavoces conectados en serie, ¿cuál será su impedancia total?. 25. Si tenemos varios altavoces conectados en paralelo, ¿cómo se obtendrá su impedancia total?. 26. ¿Cuándo se recurre al montaje mixto de altavoces?. 27. ¿Cómo se comprueba un altavoz para ver si funciona correctamente?.



28. ¿Es importante tener en cuenta la polaridad de los altavoces?, ¿Por qué?.

29. ¿Cuándo es más grande el ángulo de cobertura de un altavoz , con un cono grande o un cono pequeño?. 30. Cuando instalamos columnas de varios altavoces, ¿qué ocurre con el ángulo de cobertura a medida que la columna tiene más altavoces?.

31. ¿Qué es, y para que se utiliza la instalación de altavoces o bocinas en abanico?. 32. Realizar un cuadro comparativo de los distintos tipos de altavoces donde se refleje principio de funcionamiento, ventajas, inconvenientes, aplicaciones.

Tipo de Altavoz

Principio de funcionamiento

Ventajas

Inconvenientes

Aplicaciones

Dinámico

Electrostático

Piezoeléctrico

33. Realizar un cuadro comparativo de los distintos tipos de auriculares donde se refleje: principio de funcionamiento, ventajas, inconvenientes, aplicaciones.

Tipo de Auricular

Principio funcionamiento

de

Ventajas

Inconvenientes

Aplicaciones

Dinámico

Electrostático

Piezoeléctrico



TEMA 4: Filtros divisores de frecuencia y Pantallas Acústicas 1. ¿Qué es un Baffle?.

2. Haz un esquema explicativo de cómo se conecta a la salida de una etapa de potencia un filtro de tres vías y a una caja de tres vías.

3. ¿Qué es el número de vías de un filtro?.

4. ¿Qué reactancia presentan bobinas y condensadores a altas y bajas frecuencias?.

5. Si nos encontramos una bobina en serie con un altavoz, ¿será un filtro de medios, graves o agudos?. 6. Si nos encontramos una bobina en paralelo con un altavoz. ¿será un filtro de medios, graves o agudos?. 7. Si nos encontramos un condensador en paralelo con un altavoz, ¿será un filtro de medios, graves o agudos?. 8. Si nos encontramos una bobina en serie con un altavoz, ¿será un filtro de medios, graves o agudos?. 9. ¿Qué significa que tenemos un filtro de dos vías de 6 dB por octava de atenuación?.

10. Definir que es ancho de banda y frecuencias de corte en un filtro.



11. ¿Qué es la frecuencia de cruce en un filtro de 2 vías para altavoces?.

12. En un filtro de 3 vias, ¿Cuántas frecuencias de corte habrá?.

13. ¿Qué filtro de dos vías será mejor, uno que tiene una atenuación de 6 dB/octava u otro que tiene 12 dB/octava?.

14. ¿Por qué es beneficioso utilizar los altavoces dentro de cajas acústicas?.

15. ¿Cómo se conoce en un término en inglés a las pantallas acústicas?.

16. ¿A qué se denomina baffle perfecto o ideal?.

17. Cuando cerramos un baffle. ¿que le ocurre a la frecuencia de resonancia de los altavoces, aumenta o disminuye?.

18. ¿Por qué algunos baffles están recubiertos en su recinto interior de lana de vidrio o material absorbente del sonido?.

19. ¿Qué ventaja tienen el baffle reflector de bajos (Bass-reflex)?.

20. ¿Cómo podemos identificar a simple vista un Bass-reflex?.

21. ¿Qué es una pantalla acústica con radiador pasivo?.



22. Si usamos un solo altavoz para un amplificador dará lo mismo la polaridad con la que conectemos los cables al altavoz, pero si usamos una pantalla acústica con varios altavoces, todos ellos deberán estar puestos en fase, ¿cómo podemos comprobar con qué polaridad debemos conectar los altavoces?.

23. ¿Qué es y para que se utiliza una trompeta en una caja acústica?.

TEMA 5: Conexionado de Equipos. 1. ¿Cómo se clasifican los micrófonos con respecto a su impedancia?.

2. ¿Qué es una conexión balanceada de un micrófono a una mesa de mezclas?.

3. ¿Qués es una conexión no balanceada de un micrófono a una mesa de mezclas?.

4. ¿Cómo comprobamos que varios micrófonos están en fase?.

5. ¿Es aconsejable que los cables de los micrófonos estén en las cercanías de los cables para los altavoces?.

6. ¿Cómo comprobaremos que varios altavoces están en fase?.

7. ¿Qué es el cable OFC para altavoces?.



TEMA 6: Sistemas de Sonorización. 1. ¿Qué es una instalación de sonorización ambiental?.

2. ¿Qué es una instalación de sonorización profesional?.

3. Definir megafonía.

4. ¿En qué consiste un sistema de sonorización centralizado?.

5. ¿Cuándo se usa la sonorización centralizada?.

6. Cuando realizamos una conexión directa entre amplificador y altavoces, ¿Qué condiciones deben cumplir las impedancia de salida del amplificador y la impedancia de los altavoces?.

7. Tenemos un amplificador que da una potencia de salida de 15 watios, cuya impedancia de salida es de 8 Ω, y sólo disponemos de 2 altavoces de 4 Ω. ¿Cómo conectaremos los altavoces?, ¿qué potencia estarán dando cada altavoz?.

8. Tenemos un amplificador que da una potencia de salida de 30 watios, y una impedancia de salida de 16 Ω. Queremos sonorizar un local con 3 altavoces como aparece en la siguiente Figura. Calcular la tensión de salida del amplificador a plena potencia, la intensidad por los altavoces y la potencia que disipara cada altavoz.



9. Tenemos un amplificador de 15W/4 Ω y sólo disponemos de 2 altavoces de 8 Ω.¿Cómo conectaremos los altavoces?, ¿qué potencia estará dando cada altavoz?.

10. Disponemos de un amplificador de 10W/4Ω, y queremos sonorizar un local con tres puntos de sonido, como aparece en la siguiente figura. Queremos sonorizar un local con 3 altavoces como aparece en la siguiente Figura. Obtener la impedancia necesaria de cada altavoz para que la adaptación sea correcta. Calcular la tensión de salida del amplificador a plena potencia, la intensidad por los altavoces y la potencia que disipara cada altavoz.

11. Tenemos un amplificador que da una potencia RMS de 70 watios y tiene una impedancia de salida de 8 Ω. ¿Qué combinación de altavoces conectaremos en los siguientes casos?: a) Disponemos de altavoces de 4 Ω / 50 W. b) Disponemos de altavoces de 16 Ω/ 70W. c) Disponemos de altavoces 4, 8 y 16 Ω todos de 10 watios.



12. Tenemos un amplificador que da una potencia RMS de 50 watios y tiene una impedancia de salida de 8 ohmios. Queremos sonorizar un local situando 5 o 6 puntos de sonido. Diseñar el circuito de altavoces, que debo conectar a la salida del amplificador. ¿Calcular la potencia que estará disipando cada altavoz?.

13. Inconvenientes de una línea de sonorización a impedancia constante.

14. ¿En que se basa una línea de sonorización de tensión constante?.

15. ¿Qué ventajas presenta una línea de tensión constante con respecto a un línea de impedancia constante?.



16. Dibuja y explica el modo de conexión de un transformador adaptador de impedancias para una línea de tensión constante.

17. ¿Qué tipos de atenuadores nos encontramos en una línea de tensión constante?.

18. Supongamos que queremos sonorizar un local con los siguientes datos: - 20 puntos de sonido. - Amplificador de 40 w / línea 100 v - Altavoces con Transformadores de tomas 1-2-4-8 W . Realizar el diseño y el esquema de conexión de la instalación de sonorización.

18. Nombra tres ventajas de una línea de tensión constante.



19. Nombra tres desventajas de una línea de tensión constante.

20. Haz un esquema de un sistema de sonorización con amplificación y control distribuido.

21. ¿Qué variación principal tiene un sistema de sonorización con amplificación y control distribuido con respecto a los sistemas de sonorización a impedancia y tensión constante?.

22. Nombra 5 ventajas de un sistema de sonorización con amplificación y control distribuido.

23. ¿Es la central de sonido un amplificador?.

24. ¿Qué es la línea general?.

25. ¿Qué funciones puede traer incorporadas un mando de control?.



TEMA 7: Diseño de Instalaciones electroacústicas. 1. ¿Cómo emite el sonido una fuente de sonido puntual?.

2. ¿Cómo emite el sonido una fuente de sonido lineal?.

3. Un altavoz emite a 1 metro de distancia 90 dB, ¿Cuántos decibelios habrá a 2m?, ¿y a 8 m?.

4. Un altavoz emite a 1 metro de distancia 90 dB, ¿Cuántos decibelios habrá a 2m?, ¿y a 8 m?.

5. Una columna acústica emite a 2 metro de distancia 100 dB, ¿Cuántos decibelios habrá a 4 m?, ¿y a 16 m?.

6. ¿Qué es el coeficiente de absorción sonora?.

7. ¿Entre que valores oscila el coeficiente de absorción?.

8. ¿Qué tiene mayor coeficiente de absorción sonora?, ¿el algodón o el hormigón?.

9. ¿Qué es un recinto acústico vivo?.

10. ¿Qué es un recinto acústico muerto?.



11. ¿Qué podemos hacer, para mejorar la calidad de la audición en un local donde hay muchas reflexiones sonoras?.

12. ¿Qué es el tiempo de reverberación de un recinto?.

13. ¿De que factores depende el tiempo de reverberación de un recinto?.

14. ¿Cuál es el tiempo de reverberación adecuado para una sala de conferencias?.

15. ¿Qué podemos hacer para mejorar el tiempo de reverberación de una sala?

16. ¿Qué diferencia existe entre el eco y la reverberación?.

17. Acústicamente, ¿qué es una pequeña estancia?.

18. ¿Cómo podemos convertir una estancia acústicamente viva en apagada?.

19. En una instalación de sonido, ¿qué nos interesa más una estancia viva o apagada?.

20. Enunciar las normas básicas de colocación de altavoces en pequeñas estancias cuando se desea calidad de escucha.



21. Acústicamente, ¿cómo definimos un gran espacio interior?.

22. Por debajo de que valor tiene que tener el tiempo de reverberación para realizar una instalación de sonorización de excelente inteligibilidad de palabra?.

23. En salas de tamaño moderado, por ejemplo una clase de enseñanza de 40 alumnos, ¿cómo se obtienen mejores resultados, con sonorización desde 1 punto o desde varios puntos?.

24. ¿Es el oído humano eficaz a la hora de distinguir la procedencia del sonido en sentido vertical?.

25. Tenemos un local para impartir clases de 24 metros de largo por 12 de ancho. ¿Qué tipo de sonorización es más adecuada desde uno o desde varios puntos?.

26. ¿Cuándo se sonoriza una estancia con una trama de altavoces en el techo?.

27. ¿Cómo situaremos los altavoces cuando la altura de los techos sean muy elevadas?.

28. Si estamos sonorizando una iglesia con una profundidad de más de 30 metros, y no podemos empotrar y colgar altavoces en el techo, ¿qué haremos?.

29. Si tenemos dos altavoces uno de 5” y otro de 8” (ambos de 4 Ω), y los conectamos por separado a un amplificador que está dando una potencia de 10 watios. ¿Qué altavoz produce más sonido?. El de mayor tamaño, 8”.



TEMA 8: Preamplificadores. 1. ¿Cuál es la misión del selector de entradas en un preamplificador?.

2. Cuando necesitamos una elevada ganancia y utilizamos varias etapas amplificadoras, ¿qué tipos de acoplamientos podemos utilizar?.

3. En el acoplamiento por resistencia – capacidad, ¿qué misión tiene el condensador?.

4. ¿Para qué se utiliza el condensador de desacoplo de emisor en un preamplificador?.

5. ¿Cuándo se utiliza un acoplamiento directo entre etapas preamplificadoras?.

6. ¿Qué es la curva de ecualización RIAA?.

7. ¿De que consta el control de tonos más sencillo?.



8. ¿Cuál es el control de tonos más utilizado?.

9. ¿Para qué se utilizan los filtros de corte de graves y agudos?.

10. ¿Qué se persigue con el circuito cancelador de tono y filtros?.

11. ¿Para qué se utiliza el circuito compensador del efecto Fletcher – Munson?.

12. ¿De qué consta básicamente un control de volumen?.

13. ¿Qué es el mando silenciador (mutting)?.

14. ¿Para que se utiliza los conmutadores de sensibilidad?.

15. ¿Cómo comprobarías un preamplificador para ver si funciona correctamente?.



16. Dibuja un preamplificador transistorizado de dos etapas con acoplo por resistencia - capacidad, que tenga un control de tonos Baxandall, y un potenciómetro de volumen con un mínimo de volumen.

17. Dibuja un control de balance para un preamplificador estéreo y explica cómo funciona.

18. Si tenemos un preamplificador de dos etapas en las que sus ganancias son Av1=20 y Av2=50. ¿Cuál es la ganancia total del preamplificador.

19. Si tenemos un preamplificador de dos etapas en las que sus ganancias en decibelios son Av1(dB)=10 y Av2 (dB)=20. ¿Cuál es la ganancia total del preamplificador en decibelios?.

20. Diseñar un preamplificador inversor con un amplificador operacional con alimentación simétrica para que tenga una ganancia de 50.



21. Diseñar un preamplificador no inversor con un amplificador operacional con alimentación simétrica para que tenga una ganancia de 100.

22. Diseñar un preamplificador no inversor con un amplificador operacional con alimentación simple de 9 voltios, para que tenga una ganancia de 150.

TEMA 9: Amplificadores de Potencia. 1. ¿Cuál es la misión principal de una etapa de potencia?.

2. ¿Cuándo funciona un amplificador en clase A?.

3. ¿Cuándo funciona un amplificador en clase B?, ¿y en clase AB?.

4. ¿Qué inconvenientes presenta una etapa final simple con un solo transistor trabajando en clase A?.

5. ¿En qué se basa un amplificador en simetría complementaria?.

6. ¿Cómo sería el esquema de una fuente de alimentación bipolar para obtener una tensión de ± 24 V?.



7. En un amplificador en simetría complementaria, que debemos hacer para alimentar el circuito con una fuente de alimentación simple?.

8. En un amplificador en simetría complementaria se quema el transistor pnp y se abre entre colector y emisor. ¿Qué forma de onda habrá en el altavoz si le estamos introduciendo a su entrada una señal alterna senoidal de un generador de B.F?.

9. ¿Qué es un montaje cuasi-complementario en etapa de potencia?

10. ¿Cómo se protege un transistor de salida de una etapa de potencia frente a un cortocircuito de la salida?.

11. ¿Qué es una red Zobel?.

12. ¿Qué efectos produce la realimentación en un amplificador?.

13. ¿Qué tipos de distorsiones existen?.

14. ¿Qué es la distorsión armónica?.

15. Define el término realimentación.



16. ¿Cuándo es una realimentación negativa?.

17. ¿Qué beneficios proporciona la realimentación negativa en los amplificadores de audio?.

18. Define potencia RMS o eficaz.

19. Define potencia musical.

20. Si decimos que tenemos dos amplificadores, el primero tiene una respuesta en frecuencia de 20 a 25 Khz a ±1dB y el segundo tiene una respuesta de 20 a 20 Khz a±1,5 dB ¿Qué amplificador es mejor?.

21. Tenemos dos amplificadores, el primero tiene una relación señal/ruido de 78 dB y el segundo de 76 dB. ¿Cuál es mejor?.

22. ¿Qué es el nivel de Entrada de un amplificador?.

23. ¿Todas las entradas (micro, sintonizador, cinta, fono) de un amplificador tienen impedancia de entrada?.

la misma

24. ¿Qué ocurre si a un amplificador que tiene una impedancia de salida de 4 Ω le conecto un altavoz de 8 Ω?.

25. ¿Qué ocurre si a un amplificador que tiene una impedancia de salida de 8 Ω le conecto un altavoz de 4 Ω?.



26. En un altavoz de 4 Ω medimos una tensión pico a pico de 45 voltios con un osciloscopio. ¿Cuál será la potencia de salida?.

27. En un altavoz de 8 Ω medimos con un polímetro una intensidad de 5 amperios. ¿Cuál será la potencia de salida?.

TEMA 10: Mezcladores. 1. ¿Qué función realiza un mezclador?.

2. ¿Qué tipos de mezcladores hay?, ¿cuál es mejor sistema?.

3. Dibuja un mezclador inversor de señal con amplificador operacional., y explica lo que hace.

4. Si en el anterior circuito las resistencias son todas iguales, ¿qué tensión habrá a la salida?. ¿sumará y amplificará?, ¿o solamente sumará?.

5. Diseña un mezclador inversor con amplificador operacional de tres entradas para que a su salida obtengamos la suma de las tensiones de entrada multiplicado o amplificado por cinco.

6. ¿Para que añadimos condensadores en cada una de las entradas de un mezclador inversor con amplificador operacional?



7. ¿Qué es un subgrupo en una mesa de mezclas?.

8. ¿Qué es una inserción en una mesa de mezclas?.

9. ¿Qué es la preescucha en una mesa de mezclas?.

10. Se pretende diseñar un circuito mezclador de tres entradas con las siguientes características:

Entrada 1 2 3

Fuente de sonido Sintonizador de FM Micrófono Compact disc

Nivel de salida 700 mV 5mV 1V

Impedancia de salida 100 KΩ 50 KΩ 100KΩ

La salida del mezclador será como máximo de 3 V cuando todas las fuentes de sonido estén conectadas a la vez y se deje pasar la máxima señal de cada una de ellas. Si cualquiera de las fuentes de sonido está conectada sola al mezclador, éste proporcionará como máximo a su salida 1V.



TEMA 11: Ecualizadores. 1. ¿Qué función realiza un ecualizador?.

2. ¿Qué es un ecualizador activo?.

3. ¿Qué componentes electrónicos formas los filtros pasivos?.

4. ¿Qué tipos de filtros existen en función de la frecuencias que filtran?.

5. Define frecuencia de corte.

6. Define ancho de banda.

7. Define octava.

8. Define orden de un filtro.

9. Define pendiente de un filtro.



10. ¿Qué quiere decir que un filtro tiene una pendiente de 12 dB/octava?.

11. ¿Qué relación hay entre el orden y la pendiente de un filtro?.

12. ¿Qué frecuencias atenúan los filtros paso bajo?. ¿Por qué?.

13. ¿Qué frecuencias dejan pasar los filtros paso bajo?.

14. ¿Por qué atenúan los filtros paso alto pasivos las bajas frecuencias?.

15. ¿Cómo funciona un filtro paso banda? .

16. Define frecuencia de corte inferior y superior en un filtro pasa banda?.

17. ¿Cómo funciona un filtro para banda o elimina banda?.

18. ¿Qué es un filtro ajustable?.



19. ¿Qué componente electrónico utilizan generalmente los filtros activos?.

20. ¿Qué es un ecualizador gráfico?. Haz un esquema de bloques de un ecualizador gráfico y explica como funciona?

21. En un filtro paso banda, para la frecuencia de corte, ¿cuántos decibelios menos de respuesta se tiene en un filtro con respecto a la frecuencia central?.

22. ¿Cuántos decibelios se suelen atenuar o amplificar en cada punto de frecuencia de un ecualizador?.

23. ¿Qué factores podemos ajustar con un ecualizador paramétrico?.

24. ¿Cómo se conecta un ecualizador a un amplificador?.

25. ¿Siempre encontramos los ecualizadores como dispositivos aislados?.

26. Calcular la frecuencia de corte de filtro de paso bajo pasivo que está formado por una R= 100K y un condensador de 100 nF. 27. Calcular la frecuencia de corte de filtro de paso alto pasivo que está formado por una R= 10K y un condensador de 390 nF.



28. Diseñar y dibujar un filtro paso bajo activo de segundo orden cuya frecuencia de corte sea de 1 Khz.

29. Diseñar y dibujar un filtro activo paso alto de segundo orden cuya frecuencia de corte sea de 12 Khz.

30. Diseñar y dibujar un filtro activo pasa banda de segundo orden cuya frecuencia central sea 15 Khz y su ancho de banda sea 5 Khz.

TEMA 12: Compact Disc. 1. ¿A que se llama píxel en un compact disc?.

2. ¿Dónde empieza a leerse un CD en el interior o en el exterior?. 3. La información de audio en los hoyos en un CD, ¿es debida a la variación de longitud, o a la variación de profundidad de dichos hoyos?. 4. ¿Cuál es la composición de una CD?.



5. ¿Qué es muestrear una señal analógica?.

6. ¿Cómo podemos convertir una señal analógica en digital?.

7. ¿Cuál es la velocidad de muestreo de la información grabada en un CD?. 8. ¿Qué es el CIRC?.

9. ¿Qué información contiene una trama de 588 bit en la espirar de un CD?.

10. ¿Qué precauciones debemos tener con el diodo láser?.

11. ¿Qué es el diodo monitor?.

12. ¿Cuál es la función del separador del haz en la óptica de un CD?.

13. ¿Cuál es la función de la lente del objetivo o de enfoque de un CD?.



14. ¿Qué es un fotodiodo?.

15. ¿Cuántos fotodiodos hay en la óptica de un CD?, ¿y cual es la utilidad de cada uno de ellos?.

16. ¿Cuál es la utilidad de la bobina de foco?.

17. ¿Cuál es la utilidad de la bobina de tracking?.

18. ¿Cómo se produce la corrección del foco en un lector de CDs?.

19. Dibujar esquemáticamente la óptica de un CD,y nombrar cada una de sus partes.



20. ¿Cómo funciona el bloque óptico de un CD?.

21. ¿Cómo se corrige el error de foco en un lector de CDs?.

22. ¿Cómo se corrige el error de tracking en un lector de CDs?.

23. ¿Qué es el motor de corredera?, ¿y cual es su utilidad?.

24. ¿Se debe limpiar la lente de un CD con alcohol?. 25. ¿Cómo podemos comprobar si la óptica de un lector de CDs funciona correctamente?.



26. ¿Cómo se obtiene la señal RF?, ¿y que información contiene esta señal?.

27. Servosistema de enfoque.

28. Servocircuito de seguimiento.

29. Servocircuito de deslizamiento.

30. Serocircuito CLV.

31. ¿Cuál es la función del procesador de datos de audio?.

32. ¿Qué es un conversor D/A?.

33. ¿Cuál es la función de la CPU?.

34. ¿Qué es el TOC en un CD?.



TEMA 13: Equipos de Emisión – Recepción de Radio. 1. Qué es la longitud de onda?.

2. ¿ Qué señal tiene mayor longitud de onda, una de 1 Mhz, u otra de 10 Mhz?. 3. ¿ Qué señal tiene mayor longitud de onda, una de VHF, u otra de UHF?.

4. ¿En qué se basa la modulación en AM?.

5. ¿Qué es una señal portadora y una señal moduladora?.

6. ¿Qué es la modulación en frecuencia?.

7. ¿Qué ventaja presenta la modulación de FM con respecto a la de AM?.



8. ¿Qué es un dipolo?.

9. ¿Para que se usa un reflector en una antena?.

10. ¿Para que se usa un elemento director en una antena?.

11. ¿Qué antenas son las más usadas para AM?.

12. ¿Cómo es una antena ominidireccional para FM?.

13. Si en una antena medimos un señal de 1,2 mV y al final de la línea de bajada medimos una señal de 0,6 mV, ¿cuál será la atenuación en decibelios que habrá producido el cable?.

14. Dibuja el esquema de bloques de un Receptor de AM y explica la utilidad de cada uno de sus bloques.



15. ¿La frecuencia intermedia es siempre un valor fijo?, ¿cómo se consigue esto?.

16. ¿Cuál es la parte de un receptor que evita que se produzcan continuas variaciones de volumen de audio, en función de la lejanía de la emisora que recibimos?.

17. Dibuja el esquema de bloques de un Receptor de FM y explica la utilidad de cada uno de sus bloques.

18. ¿Qué es un circuito resonante LC paralelo?, ¿para qué se usa en radio?.



19. ¿Qué es una antena de ferrita?.

20. ¿Qué es un trimmer?.

21. ¿Qué es un diodo varicap?, ¿cuál es su utilidad en radio?.


Equipos de Sonido

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