Los conocimientos de audio ejercen una profunda fascinación tanto en los círculos profesionales como en aficionados. El trabajo de instalación es esencialmente sencillo, pero construir un circuito fiable y de calidad es una tarea sorprendentemente compleja que implica unos conocimientos e ideas básicas de las que aquí seleccionamos algunas.
Alfredo Borque Palacín


Es importante considerar las propiedades del aparato auditivo humano. Contrariamente a la impresión que se desprende de las opiniones de algunos técnicos, los cuales reclaman constantemente una mayor investigación psicoacústica, la cantidad de información científica de que se dispone sobre esta materia es abundante y exhaustiva. Una parte importante se puede resumir en los siguientes puntos:
• El incremento menor en amplitud que puede ser detectado es de unos 0,3 dB para tonos puros. En situaciones más realistas fluctúa entre 0,5 y 1dB; lo que representa un cambio aproximado de un 10%.
• El cambio más pequeño detectable en el tono, en la banda de 500 Hz-2KHz, es de un 2% aproximadamente. En términos porcentuales, este parámetro es el que más afecta a la sensibilidad del sistema auditivo.
• Se hace difícil determinar la cantidad mínima detectable de distorsión armónica, debido al número elevado de variables que intervienen en su determinación; en particular, una variación continua del nivel de música implica que el nivel de distorsión introducida varíe también dinámicamente. En el caso de que estén presentes mayoritariamente los armónicos de orden bajo, la cantidad mínima detectable es de un 1%, aunque los efectos de cruce pueden rebajar este límite hasta un 0,3% o incluso menos. No hay ningún tipo de evidencia que nos asegure que un amplificador que produzca un 0,001% de distorsión suene más nítidamente que otro que dé un 0,005%.
Es de todos sabido que las medidas de distorsión, cuando se forman usando un analizador del tipo de banda estrecha, son de poca ayuda en la predicación del deterioro subjetivo producido por un recorrido de audio imperfecto. Con la música, los efectos de intermodulación son más importantes que los producidos por los armónicos. No obstante, el análisis de la distorsión tiene una característica que no poseen las demás pruebas, y es que la simple inspección visual de la distorsión residual proporciona al observador experimentado una considerable información acerca de cuál puede ser la causa que origina la no linealidad observada. Existen otros muchos tipos de pruebas, que por una parte dan poca información, pero por otra examinan de una vez todo el ancho de banda de audio y se correlacionan bien con las pruebas, efectuadas correctamente, de deterioro subjetivo por distorsión. Merece más atención de la que ha recibido hasta ahora el análisis de intermodulación, cuyo principio de funcionamiento se muestra en la figura 1.
Una de las objeciones que a menudo se hacen a los análisis de la distorsión es que sus resultados no permiten asegurar que no existan no linealidades a un nivel muy bajo, es decir, una especie de distorsión de microcruce.
Un método desarrollado permite la medición de la distorsión por debajo del 0,01% a 200 microvoltios eficaces, y es de aplicación a condensadores electrolíticos, conectores de cualquier procedencia y cables de cualquier longitud, con o sin pretendidas propiedades mágicas. El método requirió un diseño con ruido ultra bajo, EIN= -150dBv para una resistencia de fuente de 10 Ohmios, y una distorsión muy reducida. En la figura 2 se muestra el método de medición, consistente en el uso de un atenuador con una resistencia de valor muy pequeño, para reducir la señal de entrada, manteniendo así al mínimo el ruido.
• La diafonía puede degradar la separación estereofónica, pero solamente se detectará si está por encima de los 20 dB, lo cual a su vez implicaría que el amplificador que estamos analizando es de muy baja calidad.
• La fase y el tiempo de propagación han sido tema de disputa durante mucho tiempo; estos efectos son percibidos si tienen una envergadura suficiente; si se diseñara un amplificador tan descabelladamente como para que produjera la mitad de la parte superior del espectro de audio tres horas después de la parte inferior, no habría lugar a ningún tipo de discusión. Dicho en términos más prácticos, la preocupación por los problemas de fase se ha centrado en los altavoces y sus filtros, ya que parece ser que son los únicos elementos en los que se puede producir una variación en la fase sin que exista un cambio en la respuesta en frecuencia que lo delate. Parece que un filtro de tipo pasa todo (un filtro pasa todo produce una variación de fase que es dependiente de la frecuencia, pero sin cambio de nivel) de segundo orden es audible, mientras que las recomendaciones afirman justamente lo contrario, y la verdad sobre esta cuestión es todavía desconocida. Esta controversia carece de importancia en el diseño de amplificadores, ya que realizar un circuito en el que accidentalmente se incluyera un filtro pasa todo sería considerado como un hecho de la más alta incompetencia. Sin él, la respuesta en fase de un amplificador está completamente determinada por la respuesta en frecuencia del mismo, y viceversa; este hecho se conoce en la teoría de control de sistemas como la segunda ley de Bode (que debería ser más conocida en el mundo del sonido). Un amplificador bien diseñado tiene los puntos de respuesta de atenuación no muy alejados de la parte exterior de la banda de audio, y estos conllevan los correspondiente desplazamientos de fase; no hay evidencia alguna de que dichos cambios sean perceptibles.
El concepto del oído que se desprende del campo de la psicoacústica y de los relacionados con él no es precisamente el de un instrumento de precisión. Impresiona mucho más su extrema sensibilidad, su capacidad direccional y su rango dinámico, que su habilidad para medir pequeños cambios de nivel o detectar señales de bajo nivel correlacionadas, como los armónicos de distorsión. No nos debe sorprender, desde un punto de vista evolutivo, las funciones del sistema auditivo son las de alertarnos sobre un peligro cercano (para lograrlo, los factores más importantes que intervienen son: la sensibilidad y la radiogoniometría) y el habla. En la percepción del habla, la identificación de los formante (las bandas de armónicos producidas por la excitación y pulsaciones de las cuerdas vocales, selectivamente enfatizadas por las resonancias de la región vocal) y la discriminación vocal/consonante son de una importancia infinitamente mayor que cualquiera de los parámetros que intervienen en el sonido. Presumiblemente, la existencia de la música como fuente de placer sea un efecto lateral, puramente accidental, consecuencia de la notable potencia de percepción del habla: la forma en que actúa, directamente sobre nuestros sentimientos, permanece en el más profundo de los misterios.
En la práctica comercial, la potencia de salida de una cadena de sonido la decide el departamento de marketing. En el caso de que el usuario decida darse la satisfacción de escogerla, debe pensarlo cuidadosamente, puesto que la potencia de salida genera un poderosos efecto no lineal en el precio.
A medida que la potencia de salida crece, se llega a un punto en que los dispositivos simples de salida no pueden sostener la disipación térmica; en ese momento se necesitan pares en paralelo, haciendo que el precio se dispare. Similarmente, los laminados de los semiconductores vienen en formatos estándar, por lo que el tamaño y el coste del transformador crecen a saltos.
Las potencias de salida de los amplificadores de sonido domésticos están comprendidas normalmente entre los 20W y los 150W para 8 ohmios, aunque poseen una dispersión de potencia mucho más alta. Los amplificadores de potencia van desde los 50W, para propósitos de retorno, por ejemplo, el sonido que el músico oye realmente para controlar el volumen de su interpretación, conocido como monitorización de escenario y opuesto al que consiste en lanzar el sonido proveniente de los bloques principales de amplificación de potencia, hasta 1Kw o más. Los amplificadores de muy alta potencia no son muy populares, en parte por razones económicas, y en parte por motivos de fiabilidad, ya que un fallo puede tener consecuencias desastrosas. Este rechazo viene además reforzado por la creencia casi universal, pero no probada estadísticamente, de que los amplificadores de alta potencia de estado sólido son intrínsecamente menos fiables que los otros.
Si un amplificador da una salida determinada sobre una carga de 8 ohmios, al actuar sobre una carga de 4 ohmios no dará exactamente el doble; de hecho probablemente será mucho menos del doble, debido al aumento de las pérdidas resistivas que tienen lugar cuando se opera sobre 4 ohmios, y a la forma en que la potencia cambia con el cuadrado de la tensión. Típicamente, de un amplificador que diera 130 W sobre 8 ohmios, podría esperarse obtener 260 W sobre 4 ohmios y 350 W sobre 2 ohmios, si es que se puede excitar una resistencia tan baja.
Los altavoces de 8 ohmios nominales son los más utilizados en las aplicaciones de sonido. El adjetivo nominal se debe al hecho de que todos los altavoces, especialmente los de tipo multielemento, se caracterizan por los cambios notables en la impedancia de entrada con la frecuencia, y solo son puramente resistivos a escasas frecuencias puntuales. De los altavoces de 8 ohmios nominales puede esperarse que caigan hasta 6 ohmios en algunas partes del espectro de audio; para superar este hecho, la mayoría de amplificadores están diseñados para cargas comprendidas entre 4 y 8 ohmios.
La respuesta en frecuencia es un tema que se puede tratar muy escuetamente: el mínimo es de 20 Hz a 20 KHz, con +/-0,5 dB, y en el caso de los amplificadores de estado sólido no debe sobrepasarse nunca.
El ruido tiene que ser lo más bajo posible, sin que para ello se comprometan otros parámetros. Con la distorsión, una vez más podemos aplicar una regla muy simple: tan pequeña como sea posible, sin que ello dañe otros elementos.
Hoy en día es habitual que el audio digital entregue la señal con menos del 0,002% de distorsión, y se puede garantizar que los diseñadores de consolas analógicas trabajan para mantener la distorsión en las largas y completas trayectorias de señal por debajo de estos niveles.
El factor de amortiguamiento de un amplificador se define como la relación entre la impedancia de carga y la resistencia de salida del amplificador:
Factor de amortiguamiento = Rcarga/Rsalida
Típicamente, un amplificador de estado sólido presenta una resistencia de salida del orden de 0,05 ohmios, osea que cuando excita un altavoz de 8 ohmios, el factor de amortiguamiento que obtenemos es de 160. Esta definición es un poco simple, al ignorar el hecho de que la impedancia de salida del amplificador varía bastante a lo largo de la banda de audio, aumentando con la frecuencia a medida que el factor de realimentación desciende; esto nos indica que la resistencia de salida se comporta más bien como una reactancia inductiva.
Un equipo de audio es de tanta calidad como sean sus altavoces o cajas acústicas; éstas son la clave de una buena reproducción del sonido. La instalación o la mejor situación de las cajas acústicas es fruto, en cada caso, de diferentes pruebas que se deben llevar a cabo hasta encontrar la posición de mayor calidad de sonido. Son muchos los factores que intervienen, y cada recinto requiere distintas posiciones.