Amplificadores Versus Altavoces
Como su nombre lo indica, un "sistema" de audio o de audio / video no es un solo producto, sino un grupo de componentes trabajando juntos como un equipo. El rendimiento del sistema en su conjunto por lo tanto depende mucho de qué tan bien operen juntas sus diversas partes. Y de todos los problemas de compatibilidad que pueden surgir en un sistema de audio, los más complejos (y potencialmente los más graves) tienden a estar en la interfaz entre el amplificador y el altavoz.
La Interfaz Amplificador-Altavoz
A menudo decimos que un amplificador entrega tantos vatios de potencia a un altavoz, pero el amplificador en realidad produce un voltaje de salida en respuesta a la señal de entrada. La corriente que fluye a través de el altavoz, e impulsa sus bobinas de voz en movimiento, es igual al voltaje de salida del amplificador dividido por la impedancia del parlante (cuanto menor es la impedancia, mayor es la corriente). La potencia eléctrica es el producto: voltaje multiplicado por corriente. Entonces, la potencia de salida real de un amplificador depende de su capacidad de entregar corriente a la impedancia del altavoz.
Como analogía, piense en el voltaje como una fuerza que debe
empujar el agua (corriente) a través de un sistema de tubos estrechos. Ampliar los tubos (bajando
la impedancia) facilita el bombeo de agua a través de ellos, pero a menos que el
suministro de agua pueda entregar un volumen correspondientemente aumentado de agua, la presión
caerá. En otras palabras, cuando las tuberías son estrechas, el flujo de agua que fluye a través de ellas a una presión x, está limitado por el tamaño de las tuberías, pero a medida que se amplían
las tuberías, finalmente, el flujo queda limitado ahora por la capacidad del suministro de agua y no puede aumentarse
más.
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Las fuentes de alimentación masivas son indicativo de la capacidad de un amplificador para entregar gran potencia
y sin limitaciones. |
Una regla similar se aplica a los amplificadores, en función
de las capacidades de sus fuentes de alimentación (y a veces de otros factores). Por ejemplo, dos
amplificadores de "40 vatios" pueden entregar el mismo voltaje de salida, pero uno quizás sea
capaz de entregar más corriente bajo demanda que el otro (y, por lo tanto, más potencia en bajas
impedancias).
Impedancia, Resistencia, Inductancia, Capacitancia y Frecuencia
La impedancia nominal de un altavoz es un número único,
típicamente 8 ohmios. Pero eso es solo un promedio aproximado, ya que un altavoz es una combinación
de varios elementos de un circuito. Las bobinas de voz tienen resistencia e inductancia,
las redes de filtraje suelen contener resistencia, inductancia y capacitancia, las tres , y la
resonancia del woofer / gabinete implica más capacitancia. Solo una resistencia pura se opone a la
corriente igualmente en todas las frecuencias, por lo que la impedancia combinada de todos
estos elementos dependerá de la frecuencia de la señal de entrada. Un altavoz típico de "8
ohmios" puede tener un impedancia mínima de 5 o 6 ohmios en algunas frecuencias y un máximo de
15 o 20 ohmios en otras. Si la impedancia nominal de un altavoz es de 4
ohmios, su impedancia mínima puede ser tan baja como 2 o 3 ohmios. En la mayoría de los altavoces, la
impedancia mínima se produce en frecuencias de graves superiores, entre 100 y 200 Hz. Ese es
también el rango de frecuencia en el que la música a menudo tiene su mayor energía. (El espectro
de frecuencia de un tambor, por ejemplo, generalmente tiene su pico más alto alrededor de los
160 Hz.) Por lo tanto, es probable que la mayor demanda de potencia en su música probablemente esté
en las frecuencias donde la impedancia de sus altavoces es la más baja. Dado que baja impedancia
significa alta corriente, un clímax musical emocionante puede hacer que sus altavoces
demanden más corriente de la que su amplificador fue diseñado para entregar.
Los Transitorios en Alta Fidelidad
Con transitorios musicales, como el impacto inicial de la
baqueta en el tambor, la situación se vuelve aún más compleja. Las impedancias capacitivas e
inductivas en un altavoz son "reactivas" lo que significa que las variaciones
en la corriente no permanecen en fase con el voltaje. Picos de
corriente puede preceder o seguir a picos de voltaje. Tal condición de
fuera-de- fase puede causar un sistema de protección del amplificador
tipo “zona-segura” para limitar su corriente de salida con el fin de prevenir fallas del
transistor. Como resultado, es posible que el amplificador no pueda entregar toda su potencia nominal en
algunos altavoces.
El cambio de fase reactivo es particularmente severo en los
altavoces electrostáticos. En altavoces dinámicos convencionales, el peor cambio de fase reactivo a menudo
ocurre en frecuencias bajas, alrededor de la resonancia woofer /gabinete. En consecuencia, un cambio en el carácter del
bajo puede ser el primer signo de limitación de corriente en un
amplificador.
Después de un impulso transitorio, la energía almacenada en
una capacitancia o inductancia (como el campo magnético alrededor de la bobina de voz de la
bocina) puede fluir de regreso al amplificador; esto es llamado corriente de "retorno-EMF"
("EMF" significa fuerza
electromotriz, o voltaje). Debido a estos efectos, hay instantes cuando la
corriente que fluye entre el altavoz y el amplificador es desproporcionadamente grande en relación con
el voltaje de activación. Dado que la alta corriente corresponde a una baja impedancia, la
impedancia efectiva de un altavoz de 8 ohmios puede ser de solo 2 o 3 ohmios durante un
transitorio.
¿Cómo se relaciona todo esto con la música grabada? En un
estudio informado en la convención del otoño pasado de la Audio Engineering Society, los
ingenieros de NAD Electronics encontraron un patrón estadístico que ocurre en música de muy diferentes
tipos. Explosiones de sonido que duran aproximadamente 0.2 segundos (la típica duración de
las notas individuales en la música) requieren aproximadamente el doble de potencia que la de los
tonos continuos más fuertes. Los breves picos transitorios requieren una potencia aún mayor:
transitorios que duran solo 20 milisegundos (0.02 segundos, la duración de las ráfagas de
tonos en una prueba estándar de extensión-dinámica) implican niveles de potencia que son al
menos cuatro veces mayores que el nivel de potencia continua más alto. Lo creas o no, el mismo
patrón de potencia -vs- duración se encontró en música tan
dispar como: un estudio clásico para piano y orquesta (Concierto para piano nº 1 de Tchaikovsky),
jazz (a Miles Davis trompeta solo con percusión) y una balada New Age (una voz de Enya con múltiples sintetizadores).
En prácticamente toda la música, los niveles de potencia más
altos se producen en transitorios. Y, como se mencionó anteriormente, Los altavoces dinámicos
tienden a exhibir su impedancia efectiva más baja durante los transitorios. Entonces aunque
los amplificadores se clasifican en función de la potencia continua en una carga de 8 ohmios, su
capacidad real para reproducir música a niveles satisfactorios puede estar más
estrechamente relacionada con su potencia dinámica en 4 o 2 ohmios.
En teoría, un amplificador ideal tendría una capacidad
prácticamente ilimitada para suministrar corriente de salida independientemente de la impedancia de
carga. Si la impedancia fuera de 4 ohmios en lugar de 8 ohmios, el flujo de corriente se
duplicaría al igual que pasaría con la potencia (voltaje por corriente). Pero en realidad, la mayoría de los
amplificadores tienen una capacidad restringida para entregar corriente de salida. Un
amplificador de bajo costo puede no entregar más potencia en 4 ohmios que en 8 ohmios.
Con señales músicales dinámicas y altavoces reales, el
amplificador que puede entregar la mayor cantidad de corriente (es decir, la potencia más alta en impedancias
baja) es posiblemente el que funcione mejor. Pero esto es un problema de compatibilidad:
si estos aspectos del rendimiento del amplificador son audiblemente significativos depende de sus
altavoces y sus hábitos de escucha. Quizás haya poca o
ninguna diferencia si usted reproduce música a un volumen moderado y sus altavoces son una carga relativamente "fácil" de
manejar (vea "The Easy Life "a continuación).
