Amplificadores de Audio y Alta Fidelidad

     Para mucha gente, tanta dentro y fuera de la profesi�n de radio, la gran ventaja de F-M esta en su capacidad de reproducir el rango total de las altas frecuencias de audio. Como argumento de venta, el t�rmino "alta fidelidad" se ha popularizado y todo lo deseable se ha asociado con �l. Sin embargo, como todo lo que ha sido simplificado en exceso, se le han asignado caracter�sticas a las que no necesariamente responde. Alta fidelidad no representa una, sino un grupo de ideas, y lo que puede parecer una alta fidelidad a una persona puede no serlo para otra. En una gran proporci�n, alta fidelidad influye tambi�n a la persona que esta escuchando, de manera que cualquiera consideraci�n completa del significado de estas palabras no debe incluir solo los detalles t�cnicos del sistema el�ctrico sino su relaci�n con el radioescucha. Debido a este �ltimo aspecto es que encontramos que cualquier definici�n precisa de alta fidelidad es imposible. Sin embargo, investigaremos los factores que contribuyen a una buena reproducci�n de una transmisi�n. Brevemente, estas factores incluyen el sistema el�ctrico (receptor y transmisor), la bocina, la ac�stica que rodea el cuarto donde se efect�a la reproducci�n y finalmente, las capacidades auditivas del escucha.

Al considerar al escucha, encontramos que el o�do humano tiene una caracter�stica de respuesta que varia no solamente con cada individuo sino con la edad y aun ligeramente con el tiempo que el o�do esta sujeta a la m�sica o a la palabra en forma continua. Como ejemplo de la caracter�stica media de los o�dos con respecto a la frecuencia, consid�rese la F�g. 1.

Aqu� tenemos las diferentes intensidades que debe tener cada frecuencia con objeto de aparecer como de la misma intensidad a nuestros o�dos, comparadas con la nota de 1,000 ciclos. Un ejemplo aclarar� esto un poco m�s. Si consideramos la curva inferior, notamos que una nota de 50 ciclos debe tener 50 decibeles arriba de la se�al de 1,000 ciclos con objeto de que ambos sonidos "parezcan" igualmente intensos a nuestro o�do. Cada curva representa la respuesta a diferentes niveles de sonido. De manera que la curva inferior es para sonidos muy suaves, casi en el umbral de audibilidad. La curva superior representa situaciones en las que el sonido es tan fuerte o intenso que esta ya en el limite del dolor. Las otras curvas son grados intermedios de intensidad. En cada curva la intensidad de 1,000 ciclo se ha tomado como nivel de referencia. De estas curvas, se pueden derivar varios conclusiones generales importantes.

1. Lo mejor respuesta ocurre de 3,000 a 4,000 ciclos,

2. La respuesta de frecuencia baja es m�s pobre a niveles de baja intensidad. De manera que, cuando el volumen se disminuye, las notas de frecuencia baja sufren m�s. Muchos fabricantes incorporan compensaci�n para esto en sus controles de tono.

3. La respuesta general del o�do es m�s plana conforme aumenta el volumen. N�tese que las curvas cerca de la parte superior de la Fig. 1 tienden a ser pr�cticamente planas.

Aunque no se indique en el diagrama, la habilidad individual para escuchar disminuye con la edad. Conforme la persona envejece, la habilidad para o�r cualesquiera de las frecuencias de audio se deterioran y las frecuencias m�s altas est�n sujetas a la mayor p�rdida.

Para considerar solamente una de las conclusiones anteriores debe proveerse en el receptor de radio la compensaci�n para cambio de la respuesta auditiva a diferentes niveles de volumen. Se ha mencionado que la mayor parte de los fabricantes incorporan compensaci�n a baja frecuencia en los controles de volumen al nivel m�s bajo. M�s all� de esto, sin embargo, poco se ha hecho y el que escucha est� obligado a ajustar sus controles de tono por si mismo.

La dependencia entre respuestas de volumen y frecuencias est� indicada m�s claramente en la Fig. 2. Se muestran dos curvas, una para el t�rmino medio de escuchas y otra para un escucha m�s entendido. Los datos para la primera de las curvas se han obtenido usando personas de todas las edades y de ambos sexos Vemos que cuando los sonidos son muy intensos, el rango de frecuencia para la persona com�n y corriente se extiende de 20 a 15,000 ciclos. Conforme disminuye el volumen, ambos extremos de la curva bajan y la respuesta de frecuencia se hace m�s angosta. Como antes, el o�do es m�s sensitivo a frecuencias entre 3,000 y 4,000 ciclos.

En la discusi�n de estas curvas, no se ha hecho menci�n del ruido que puede estar presente, hasta cierto grado, en todas las casas. El ruido ambiente ser� m�s notable cuando el volumen se baja. Tender�, tambi�n, a cubrir las frecuencias altas y bajas porque, como hemos visto en las gr�ficas, �stas requieren una mayor intensidad para producir la misma sensaci�n auditiva. Se ha descubierto que el ruido residencial promedio tiene un nivel de 43 db. En muchas casas, con ni�os correteando, etc., el ruido es considerablemente m�s alto y la habilidad auditiva de la persona sufre por esta raz�n.

La Bocina.

    Como transcriptor de las corrientes el�ctricas en sonidos ac�sticos, la bocina es una parte integral del sistema tanto como el mismo escucha. En receptores miniatura, los conos de peque�o di�metro son capaces de un rango restringido, con la mejor respuesta de frecuencias entre 4,000 y 5,000 ciclos. Puesto que esto requiere una larga �rea de cono para reproducir efectivamente las frecuencias bajas, la reproducci�n de alta fidelidad de estos receptores peque�os es imposible. En receptores de consola se ha encontrado una soluci�n al problema de reproducci�n eficiente con el uso de dos bocinas. Un circuito divisor de frecuencia separa las frecuencias tal como vienen del transformador de salida y permite as� a cada bocina el responder solamente a frecuencias en su rango de dise�o. Otra innovaci�n reciente ha sido el uso de la bocina coaxial, donde un cono peque�o se coloca en el centro de uno mucho m�s. Nuevamente, los circuitos divisores de frecuencia suministran a cada bocina su banda apropiada de frecuencias. El nombre "coaxial" se deriva de la similitud de este arreglo con el cable coaxial donde se localiza un conductor en el centro de otro conductor hueco.

Balance.

     Es una opini�n com�n que cualquier cosa que no cubra totalmente la gama de 30 a 15,000 ciclos nos est� robando algo de nuestra alta fidelidad. Pruebas rigurosas han indicado, sin embargo, que de mucha mayor importancia que el tratar de establecer el m�ximo rango, es obtener un balance entre los altos y los bajos. Por balance nos referimos a los l�mites de alta y baja frecuencia en nuestro sistema Si tomamos un sistema y extendemos la respuesta en altas frecuencias sin dar una extensi�n correspondiente a las frecuencias bajas, encontramos que los resultados tienden a no ser tan agradables a pesar del hecho que desde un punto de vista de verdadera fidelidad, estamos ahora en mejor posici�n para recibir el rango de frecuencia audible. El efecto auditivo de extender el extremo de las altas frecuencias, por ejemplo, sin una compensaci�n similar en el extremo de baja frecuencia, es el dar a la respuesta de bocina un tono agudo nada m�s. Los radios peque�os tienen bocinas que acent�an las frecuencias altas. Esto requiere uso frecuente de la porci�n baja del control de tono para producir un efecto compensativo m�s melodioso.

El concepto de balance no se ha reducido a una f�rmula matem�tica, pero se ha sugerido que una prueba emp�rica buena es el tener el producto de los l�mites de alta y baja frecuencia de la banda aproximadamente entre 500;000 y 600,000. Por ejemplo, como ilustraci�n, una banda que comienza a los 90 ciclos en la baja frecuencia deber�a extenderse hasta 6,000 ciclos en alta con objeto de conservar el balance entre los l�mites alto y bajo. La gr�fica de la Fig. 3 indica c�mo var�an los l�mites para un modelo de mesa peque�o hasta un radio consola grande, con un balance apropiado en todos los casos.

Fig.3

Limites de Amplitud de Banda.

     Se ha supuesto en toda la discusi�n anterior, que los circuitos de receptor son completamente capaces de pasar todas las bandas laterales de se�ales. Aunque esto puede ser f�cilmente obtenible si el fabricante ha tenido las precauciones necesarias en su dise�o, el hecho simple es que en muchos casos no es as�. La anchura de banda apropiada debe mantenerse en los transformadores de R.F. y F.I., en los amplificadores de audio, en el transformador de acoplamiento de salida y finalmente en la bocina misma. En los transformadores de acoplamiento sintonizados de los pasos de R.F. y de F.I., el arreglo com�n resulta en la respuesta redondeada ya conocida. Con esta respuesta, las frecuencias m�s bajas de audio que est�n m�s cerca del centro de la portadora (y por lo tanto m�s cerca al centro de la curva) reciben la mayor amplificaci�n. Las frecuencias m�s altas, situadas m�s lejos, reciben una amplificaci�n correspondientemente menor. As� es que, aun en el caso de una se�al balanceada apropiadamente a la entrada del receptor, para cuando llega al segundo detector, el balance se ha distorsionado debido a amplificaci�n desigual en las diferentes frecuencias. Estas son las condiciones presentes en los receptores de A-M. Con el receptor F-M, la respuesta desigual en los circuitos de R.F. y de F.I. no afecta grandemente la se�al mientras su intensidad sea suficiente en el l�mitador para causar saturaci�n. Sin embargo, en un receptor F-M, el paso de banda de cada circuito de sintonizaci�n debe ser lo bastante ancho para permitir la recepci�n de los 200 kc completos, y el discriminador debe ser capaz de convertir F-M a A-M linealmente. Se necesita un dise�o y una construcci�n cuidadosos para balancear todos estos factores un hecho que frecuentemente varia en proporci�n directa con el precio del receptor. Esto �ltimo no significa una acusaci�n a la pr�ctica presente sino simplemente el reconocimiento de algunas consideraciones comerciales que a veces afectan a la alta fidelidad.

Hemos tocado brevemente el punto de alta fidelidad para indicar algunos de los factores, sumamente personales, que se combinan para formar este concepto. El hecho de que los gustos individuales difieran, es por lo que encontramos un uso extensivo de controles de tono en la mayor parte de los receptores de F-M. Algunos de los m�todos comunes de obtener esta variaci�n de tono se ver�n en una secci�n posterior.

Inversores de Fase y Amplificadores "Push-Pull".

    Con objeto de poder producir un rango completo de frecuencias de audio a todo volumen sin sobrecarga excesiva, se requieren amplificadores de salida push-pull. Las ventajas de amplificadores push-pull son (1) la cancelaci�n en ese paso de distorsi�n por segunda arm�nica; (2) mayor conducci�n permisible en la entrada, produciendo una salida mayor con menor distorsi�n de arm�nicas impares y (3) menores transformadores de salida y menos filtro del voltaje de fuente. Esta �ltima ventaja reduce el zumbido y permite un rango din�mico mayor de la bocina. A bajo volumen, el zumbido puede ser molesto, y la pr�ctica com�n de acentuar la respuesta en bajos en un receptor por medio de construcci�n especial de gabinete tiende a acentuar m�s el zumbido. En un amplificador balanceado push-pull, las ondas de c-a en el voltaje de la fuente de poder se eliminan en el transformador de placa.

Si usamos un paso push-pull, entonces los voltajes de entrada de cada transistor estar�n 180� fuera de fase entre s�. El medio m�s simple aunque no necesariamente el m�s barato de obtener esto, es usando transformadores de entrada. Los transformadores ordinarios, sin embargo, tienen una respuesta de frecuencia pobre, y los transformadores compensados son bastante costosos.

La mejor soluci6n es el uso de un inversor de fase, por medio del cual, se toma una porci�n de la se�al y se invierte de manera que aparece 180� fuera de fase con la de entrada. Esto permite dos se�ales faseadas apropiadamente para la entrada push-pull.

Retroalimentaci�n Negativa.

     La retroalimentaci�n negativa se introduce a prop�sito. Sus ventajas son:

1. Mejoramiento de la respuesta de la frecuencia del amplificador.

2. Disminuci�n en distorsi�n por una cantidad que depende del porcentaje del voltaje retroalimentado.

3. Estabilidad aumentada, por menor tendencia a la regeneraci�n (silbidos o chillidos).

Es cierto, desde luego, que estas ventajas no se obtienen sin una p�rdida (en este caso ganancia). Puesto que conforme aumenta el grado de retroalimentaci�n negativa, la ganancia del amplificador disminuye. Sin embargo, para la mayor parte de los amplificadores, especialmente los que se usan en receptores de radio y amplificadores peque�os, la cantidad de ganancia obtenible excede a la necesidad de ella y una ligera p�rdida por las ventajas se�aladas arriba no es una desventaja.

La retroalimentaci�n puede ocurrir a trav�s de varios pasos. Cualquiera que sea el m�todo, debe tenerse cuidado de ver que la retroalimentaci�n sea degenerativa y no regenerativa. La retroalimentaci�n regenerativa significa que el voltaje alimenta en fase y no fuera de fase y bajo estas condiciones se presentar�n oscilaciones.

Circuitos de Control de Tono.

    Se debe m�s a la diversidad de gustos individuales que al hecho de que los radios se usen en localidades muy diferentes, el que los controles de tonos se hayan incorporado en muchos receptores. Los controles de tono permiten al que escucha, variar la amplificaci�n aplicada a un rango de frecuencias causando de esta manera una acentuaci�n en este rango. Para la recepci�n de m�sica, por ejemplo, muchas personas prefieren mover su control de tono hasta el punto donde predominan las bajas frecuencias. Para la palabra hablada, el ajuste se hace generalmente en las frecuencias m�s altas. Cualquiera que sea la preferencia, nos interesa m�s en esta discusi�n c�mo se obtiene el�ctricamente el control de tono m�s bien que por qu� puede preferirse cierto tono.

Los sistemas de control de tono son esencialmente de dos tipos. En un sistema, la acentuaci�n aparente de un rango de frecuencias se obtiene no aumentando o acentuando este rango sino disminuyendo la intensidad de las otras frecuencias que est�n presentes. Por ejemplo, para elevar el nivel de las bajas frecuencias, muchos fabricantes suministran un ajuste que puede obtener esta acentuaci6n en forma relativa, disminuyendo la intensidad de las frecuencias m�s altas. El efecto de la disminuci�n de alta frecuencia en la persona que escucha es como si hubiera habido una acentuaci�n de los tonos bajos. El segundo sistema trae una acentuaci�n real de las frecuencias que deseamos.

Control Simple de Intensificaci�n de Bajos.

     Un control de tono simple y que se encuentra en muchos receptores, se coloca en el circuito de placa de uno de los amplificadores de audio y funciona de manera que disminuye la intensidad relativa de las frecuencias altas que han de llegar a la bocina. Cuando el brazo central de la resistencia est� en su extremo m�s cercano al condensador, la disminuci�n de frecuencias altas es m�xima porque solamente el condensador se opone a su paso por el circuito de placa. En estos casos la salida de bajos parecer� m�s fuerte. Moviendo el brazo central al extremo opuesto de la resistencia, permite un mayor porcentaje de los agudos en la salida porque la resistencia de puenteo de la trayectoria se ha aumentado.

Circuitos de Cruzamiento de Bocina.

    En un esfuerzo por obtener una reproducci�n tan fiel como sea posible, muchos fabricantes de F-M emplean dos bocinas en lugar de la acostumbrada una. Una bocina est� dise�ada para responder especialmente a las frecuencias altas, mientras que la otra, responde a las bajas. Recientemente, ha entrado en el mercado una bocina dual construi4a como una unidad y conocida como bocina coaxial. El nombre se deriva de la colocaci�n de la bocina m�s peque�a de alta frecuencia en el centro de la unidad de baja frecuencia que es mayor en tama�o. Aunque est�n montadas como una unidad, el�ctricamente ambas bocinas est�n enteramente separadas y distintas entre s�.

Para transferir la salida del amplificador de audio a cada una de las bocinas, se usa un circuito especial de "cruzamiento". Este circuito separa las frecuencias altas y bajas y las aplica a las respectivas bocinas. El punto de separaci�n o el punto de cruzamiento como se conoce, generalmente se coloca cerca de los 400 ciclos. De las terminales comunes del circuito, un filtro de baja admite todas las frecuencias de 30 a 400 ciclos, mientras que las frecuencias de arriba de 400 ciclos se aten�an r�pidamente. En el otro extremo tenemos un filtro de alta con un corte muy pronunciado, y las frecuencias de 400 a 10,000 ciclos se dirigen hacia esa trayectoria. El filtro de alta est� dise�ado para cortar en forma abrupta abajo de los 400 ciclos con objeto de evitar la formaci�n de arm�nicas indeseables. Esta forma de distorsi�n se ha encontrado que ocurre cuando las frecuencias inferiores al corte ac�stico llegan a la bocina.