Audio

Las frecuencias audibles para el oído humano esta comprendida entre los 20Hz y los 20Khz aproximadamente, a este rango de frecuencias se le conoce como la banda de audio

Para elevar las señal de audio de cualquier dispositivo ya sea un microfono o un pickup, se utilizan unos dispositivos designado para ello como son los amplificadores de audio.

 

La estructura desglosada de un amplificador es la siguiente:

  • Etapa de preamplificación, que permite seleccionar las entradas, distribuir la señal hacia otras salidas, y controlar el volumen mediante un potenciómetro, generalmente en forma de rosca.
  • Etapa de amplificación, generalmente con separación para dos canales estéreo.
Forma de la señal de la voz humana

¿Que son los Pre-amplificadores de audio?

Preamplificador audio dual NE5532

Los más frecuentes son los activos, que se conectan a la corriente y suelen modificar (o colorear) la señal, imprimiéndole el carácter deseado a la música. La mayoría de los aparatos de este tipo están diseñados solo para este fin, pero no es raro ver en el mercado otros dispositivos (DACs, amplificadores de auriculares…) que también pueden usarse como preamplificadores, ya que cuentan con salidas RCA sometidas al potenciómetro de volumen.

Los previos pasivos, por su parte, no necesitan conectarse a la corriente. Se limitan a seleccionar las entradas y salidas mediante un conmutador, y permiten reducir el volumen mediante un atenuador pasivo. Es un diseño extremadamente simple y barato, pero en estos casos tanto el conmutador como el atenuador deben ser de la máxima calidad para no degradar la señal. Los fabricantes de atenuadores y conmutadores más valorados son ALPS y Elma, entre otros. Los defensores de esta opción la prefieren porque la señal apenas se ve afectada: virtualmente, viaja directamente de la fuente a la etapa de potencia, con un control de volumen interpuesto. Otros opinan que un previo pasivo resta carácter al sonido y puede hacer que la experiencia musical sea menos excitante.

¿Que son los amplificadores de audio?

Amplificador de audio basado en el TDA2030A

El amplificador es todo dispositivo que, mediante la utilización de energía, magnifica la amplitud de un fenómeno. Aunque el término se aplica principalmente al ámbito de los amplificadores electrónicos, también existen otros tipos de amplificadores, como los mecánicos, neumáticos, e hidráulicos, como los gatos mecánicos y los boosters usados en los frenos de potencia de los automóviles. Amplificar es agrandar la intensidad de algo, por lo general, sonido.

También podría ser luz o magnetismo, etc. En términos particulares, un amplificador es un aparato al que se le conecta un dispositivo de sonido y aumenta la magnitud del volumen.

En música, se usan de manera obligada en las guitarras eléctricas y en los bajos, pues esas no tienen caja de resonancia, la señal se obtiene porque las cuerdas, metálicas y ferrosas, vibran sobre una cápsula electromagnética, y esa señal no es audible, pero transformada por un amplificador adquiere su sonido característico. Mediante su interfaz se le puede agregar distintos efectos, como trémolo, distorsiones o reverb entre otros.

Las radios y los televisores tienen un amplificador incorporado, que se maneja con la perilla o telecomando del volumen y permite que varíe la intensidad sonora.

Básicamente se puede hacer la división atendiendo a los elementos que se van a usar, y centrándonos en amplificadores de Alta Fidelidad podemos hablar de dos tipos de amplificadores:

  • Válvulas (trabajando comúnmente en Clase A).
  • Transistores (trabajando comúnmente en Clase AB o Clase D).

Amplificadores basado en válvulas de vacío

Las válvulas fueron los dispositivos electrónicos activos por excelencia desde principios de siglo hasta bien entrados los años sesenta.

Válvula Termoionica PCF86 MULLARD

Entonces se vieron desbancadas por los diminutos transistores y diodos de estado sólido, capaces de desempeñar las mismas funciones en espacios mucho más reducidos, con un menor peso y con temperaturas de funcionamiento muy inferiores a las de las válvulas. Parecía ser un gran alivio para los músicos, ya que se conseguía más potencia y menos peso.

A principios de los setenta se empezó a apostar por la amplificación a transistores y se empezaron a fabricar amplificadores de este tipo.

Pero el transistor se encontró desde un principio con un grave problema, su linealidad y su mejor rendimiento teórico daban como resultado en circuitos de audio sonidos muy fríos y con poco carácter, cosa que no sucedía con las válvulas. Esta es una de las causas por la que la válvula se ha mantenido desde entonces en amplificadores para instrumentos musicales y aplicaciones de audio profesional para estudios de grabación y alta fidelidad.

Su comportamiento no lineal y teóricamente imperfecto queda de sobra compensado con resultados de sonido mucho más musicales y atractivos en cuanto a la tonalidad.

Un simple circuito con una sola válvula puede dar un gran carácter y color al sonido, por eso se dice que ni un complejo circuito digital es capaz de emular al 100% el comportamiento de una válvula.

El tipo de amplificación más común, son los amplificador a válvulas de Clase A

Amplificador Clase A con valvula Marca Primaluna

Tipos de clase de amplificadores audio

Clase A

Los amplificadores de clase A son los que mejor suenan, los que habitualmente más cuestan y siempre los menos prácticos. Despilfarran corriente y devuelven señales muy limpias.

La gran desventaja de la clase A es que es poco eficiente, es decir que requiere un amplificador de clase A muy grande para dar 50 vatios, y ese amplificador usa mucha corriente y se pone a muy alta temperatura.

Algunos amplificadores de high-end son clase A, pero la verdadera clase A solo esta en quizás un 10% del pequeño mercado de high-end y en ninguno del mercado de gama media.

Algunos amplificadores de clase A más sofisticados tienen dos transistores de salida en configuración push-pull.

Se puede decir, que la clase A se refiere a una etapa de salida con una corriente de polarización mayor que la máxima corriente de salida que dan, de tal forma que los transistores de salida siempre están consumiendo corriente.

La gran ventaja de la clase A es que es casi lineal, y en consecuencia la distorsión es menor.

Transistor de potencia 2N3055

A los circuitos que no usan válvulas se les llama a transistores ó de estado sólido, porque no usan dispositivos que contienen gas ó líquido.

Una de las causas por las que se usan transistores es porque las válvulas son excesivamente caras para amplificadores de muy alta potencia, ya que la mayoría de los amplificadores a válvulas dan menos de cincuenta vatios por canal.

Cuando salieron los primeros amplificadores de transistores, eran peores que los mejores amplificadores de válvulas de aquellos días.

Debido a las bajas capacidades internas, los amplificadores a válvulas tienen unas características de entrada muy lineales, esto hace a los amplificadores a válvulas fáciles de alimentar y tolerantes a fuentes de altas impedancias de salida, tales como otros circuitos a válvulas y controles de volumen de alta impedancia; pero los amplificadores de transistores podrían tener un alto acoplamiento entre la entrada y la salida y podrían tener una impedancia de entrada menor. Sin embargo, algunas técnicas de circuitos reducen estos efectos, incluso, algunos amplificadores de transistores evitan totalmente estos problemas usando buenos JFET como circuitos de entrada.

 

Dentro de los amplificadores dedicados a la Alta fidelidad, el tipo de amplificación más común que emplean es en Clase AB

Clase AB

Por ahora, la clase AB es la que domina el mercado y rivaliza con los mejores amplificadores de clase A en calidad de sonido.

Transistores potencia con encapsulado TO-126

Este tipo usa menos corriente que los de clase A y pueden ser más baratos, pequeños, ligeros y de inferior consumo eléctrico y disipación térmica.

Los amplificadores de clase AB son casi iguales a los de clase B, ya que al igual que estos tienen dos transistores de salida. Sin embargo, los amplificadores de clase AB difieren de los de clase B en que tienen una pequeña corriente libre fluyendo del terminal positivo al negativo incluso si no hay señal de entrada. Esta corriente libre incrementa ligeramente el consumo de corriente, pero no se incremente tanto como para parecerse a los de clase A. Esta corriente incluso corrige casi todas las no linealidades asociadas con la distorsión del filtro.

Estos amplificadores se llaman de clase AB en vez de A porque con señales grandes, se comportan como los de clase B, pero con señales pequeñas, se comportan como los de clase A.

Por último señalar la tercera clase de amplificación más común entre amplificadores de Alta Fidelidad, la Clase D.

Clase D

Aunque estos tipos de amplificadores se usan mayormente para aplicaciones especiales como amplificadores de guitarras, de bajos y de amplificadores para subwoofers, en la actualidad se están creando amplificadores de clase D, para todo tipo de aplicaciones que incluyen a los amplificadores de Alta Fidelidad. Con esta clase obtenemos amplificadores incluso más pequeños que los de clase AB y más eficientes.

Transistor de potencia con encapsulado TO-3

Los amplificadores de clase D usan técnicas de modulación de pulsos para obtener mayor eficiencia. Además, usan transistores que están o bien encendidos o bien apagados, y casi nunca entre medias y así gastan la menor cantidad de corriente posible. También, son más eficientes que los de clase A, clase AB, o clase B. Algunos tienen una eficiencia del 80% a plena potencia, pudiendo incluso tener baja distorsión, a pesar de no ser tan buena como los de clase AB o A. Los amplificadores clase D son buenos principalmente por su eficiencia.

Es esencial que un amplificador clase D vaya seguido por un filtro paso-bajo para eliminar el ruido de conmutación. Este filtro añade distorsión y desplazamiento de fase, incluso limita las características del amplificador en alta frecuencia, y es raro que tengan buenos agudos, pero por otro lado, va a quitar todo el ruido de conmutación sin causar perdida de potencia, desplazamiento de fase, o distorsión.

Para hacer un muy buen amplificador para toda la banda de frecuencias, la frecuencia de conmutación tiene que estar sobre los 40kHz. Desafortunadamente, la alta frecuencia de conmutación incluso significa disipar potencia de conmutación, y eso también significa que la posibilidad de radiar ruido es muy alta.

Pese a todo, esa gran eficiencia de la que hace gala la Clase D, acompañada de buenos resultados sonoros, bajísimo consumo eléctrico y disipación térmica, hace que sea cada vez más común su empleo dentro de la industria de la Alta Fidelidad.

Rendimiento de un amplificador audio

la potencia no es sinónimo de calidad de sonido. Muchos amplificadores con una potencia de 40W o 50W por canal suenan mucho mejor que otros que duplican esas cifras. Por otra parte, debemos escoger el aparato en función no de su potencia, sino de la que necesitemos. Ello dependerá tanto de la sensibilidad de nuestros altavoces como de las dimensiones de la sala o los volúmenes a los que nos gusta escuchar la música.

En la mayoría de los casos, 40W o 50W son más que suficientes para un equipo normal en una sala de dimensiones razonables, a no ser que queramos enemistarnos con nuestros vecinos. La potencia sobrante nunca viene mal, pero a menudo es una potencia por la que hemos pagado y que nunca se utiliza.

En realidad, a volúmenes aceptables de escucha, un amplificador trabaja con energía de sobras, y solo en momentos muy puntuales necesitará una dosis extra de potencia para controlar bien el sonido y no distorsionar. Por ello, la potencia RMS por canal (tal como suele especificarse en las fichas técnicas) no es el dato más importante. Según hemos ido aprendido durante estos años, lo importante es el consumo total del amplificador, ya que en los momentos necesarios ahí estará su techo.

Un amplificador, por ejemplo, puede declarar una potencia de 80W+80W RMS, y tener un consumo máximo total de 200W. Eso significa que en momentos apurados controlará peor el sonido (especialmente los graves, que consumen la mayor parte de la energía), pues apenas tiene potencia sobrante. Además, de esos 200W una parte importante (quizá una cuarta o quinta parte) se pierde en otras funciones o en forma de calor. Por contra, otro amplificador que declare 50W+50W pero tenga un consumo máximo de 500W será, probablemente, más efectivo y sonará mejor cuando más necesitemos de esa energía extra puntual. Es frecuente ver pruebas de laboratorio en las que un amplificador teóricamente de 80W por canal rinde en realidad a 70W, mientras que otro que declaraba 45W rinde a 52W.

A continuación podras ver una variedad de proyectos de amplificadores de audio basados en transistores, circuitos integrados o válvulas termoiónicas, que podras montar y experimentar por ti mismo.

Proyectos de audios

Amplificador de Audio 10W x 2 Canales
Amplificador de Audio 20W x 2 Canales
Amplificador de Audio 40W x 4 Canales
Amplificador de Audio 70W x 2 Canales
Amplificador de Audio 100W a Válvulas
Amplificador de Audio 150W FET
Amplificador de Audio 260W
Pre-Amplificador de control graves y agudos
Pre-Amplificador de Micrófono
Pre-Amplificador de Micrófono de Bajo Ruido
Pre-Amplificador de Micrófono de Bajo Ruido Compensado
Pre-Amplificador de Micrófono de Bajo Ruido y Impedancia
Pre-Amplificador RIIA a Válvulas

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