Elige la etapa de potencia correcta para tus altavoces

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Que bonitas son las NS10, su conito blanco, su acabo en madera pintado de negro, y que mal suenan las jodías, jamás llegue a entender porque estaban en todos los estudios, salvo por un particularidad: eran capaces de separarte muy bien los planos sonoros, quitando esta bonanza, sonaban a autentica castaña.

Quizás el tema de elegir una etapa de potencia para tus altavoces, sea algo que jamás te lo hayas planteado, casi todos los altavoces son ahora autoamplificados, muchos con varias vías, y con diferentes amplificadores por cada vía. Pero hasta hace no mucho tiempo, los altavoces monstruosos empotrados en la pared, y las horribles NS10, presidían todos los estudios. Todos estos altavoces tan solo incorporaban una red de filtros de cruce en su interior, así que tenías tu que elegir las etapas. Si cada vía del altavoz pasivo estaba separada previamente por un crossover, tenias que decidir por dos o más etapas, en los altavoces con el filtro de cruce integrado solo se necesitaba un amplificador.

El tema de elegir la etapa correcta es un tema muy interesante, ya que de ello va a depender el sonido de tus altavoces y sobre todo la vida de los mismos. Asi que voy a comentar un poquito como elegir la etapa, para que tus altavoces sobrevivan.

Para que tus altavoces sobrevivan, lo importante es elegir la etapa adecuada. Hay muchos parametros a tener en cuenta a la hora de elegir una etapa, yo me voy a cernir explicitamente a una: la potencia.

La potencia del amplificador o etapa, es un parámetro fundamental a tener en cuenta a la hora de elegir en función de los altavoces. Lo primero que hay que tener en cuenta es que los amplificadores de transistores, se basan en una tensión constante a la salida de la etapa, mientras que los amplificadores de válvula se basan en una potencia constante. Usaremos un par de formulitas para ver como funciona esto.

La potencia sobre la carga la podemos calcular de una forma bastante aproximada como P=V^2/R y como P=VxI.

En los amplificadores de tensión, como V es constante, si variamos la carga del altavoz (R) vamos a ver como la potencia eléctrica se reduce, y por tanto la potencia acústica. Pero esto no es todo, como la tensión V tiene que ser constante, si P se reduce entonces I también se debe reducir, para permanecer la tensión constante (P=VxI). Con lo cual a medida que aumentamos la impedancia del amplificador, la corriente es menor, y la fuente de alimentación del amplificador estará trabajando de una forma más holgada.

En los amplificadores de válvulas, existe un transformador de salida, con varios secundarios que actúa como un reductor. Es decir tiene una multitoma en el secundario, el cual cada toma, tiene un menor número de espiras, que la toma inmediatamente superior. De esta forma la tensión que se induce del primer devanado al segundo devanado, va siendo menor, a medida que vamos reduciendo en las multitomas. Esto es muy sencillo, la potencia a ambos lados del transformador debe permanecer constante, independientemente de la carga que se conecte, sino, podriamos petar el ampli, ya que el ampli va a tratar de mantener la misma potencia, independientemente de la carga, y como podemos observar con las fórmulas, la corriente necesaria para mantener la potencia constante, cuando se reduce la carga a la mitad, es justo el doble. Un amplificador de 100 watios a 16 ohmios, si conectamos una carga de 4 ohmios lo corriente que deberá entregar el ampli es cuatro veces la que entregaría a 16 ohmios. Por eso la multitoma en el secundario. Cuando conectamos un altavoz de 8 ohmios, lo conectamos a la salida de 8 ohmios del amplificador, que tendrá justo 1.41 veces menos las espiras que el de 16 ohmios.

El siguiente paso a conocer es recordar lo que es el headroom de un equipo analógico. El headroom es la diferencia de nivel, entre la tensión máxima que el equipo puede entregar sin saturar, y el nivel nominal de trabajo. Es la excursión que puede hacer la señal desde su nivel nominal hasta el techo de amplificación. Es un parámetro (entre otros muchos) que mide indirectamente la calidad de las fuentes de alimentación. Os dejo un gráfico para ilustrarlo

 

Headroom

 

Ahora viene lo bueno: ¿Cual es la potencia del amplificador que debo comprar para mis altavoces? Pues lo primero es saber la impedancia que tiene mi altavoz, y luego elegir un amplificador del mercado que para dicha impedancia posea un potencia máxima igual o superior a la que aguanta el altavoz.

Esta frase en sí misma parece de frenopático, o al menos a mi al principio me chirriaba, ¿por que voy a tener que escoger un amplificador que provea de más potencia que la que aguanta mi altavoz?. En principio esta forma no tiene pinta de protegerse el altavoz, ya que si me equivoco y entrego más potencia de la que el altavoz soporte este se quemará. Esto no es del todo así, ya que la destrucción del altavoz es por exceso de calor, que según Joule proviene de la corriente eléctrica, en concreto la que circula por la bobina. Ademas una corriente excesiva, podría inducir una FEM en la bobina, debido al imán del motor del altavoz que podría sacar el cono de su carril. Pero bueno cargarse un altavoz por alguna de estas circunstancias es bastante dificil, porque hay que ser un poco sordo para no darse cuenta de que te estás pasando de volumen. Generalmente los altavoces aguantan una serie de transitorios seguidos por encima de su nivel máximo sin que salga el cono volando como en regreso al futuro.

La cuestión va más alla, e implica conceptos como saturación, transformadas de Fourier (mi primo), cálculos de potencia de una señal en el espectro, y filtros de cruce en altavoces. Como esto tiene una pinta de rollo infumable, voy a tratar de simplificarlo

  • Saturación: Cuando una señal sobrepasa en nivel a la zona de headroom esta señal se satura, es decir se recorta. Si introducimos una sinusoide y la saturamos, sus crestas se empezarán a recortar, y la señal a la salida tendrá más forma de onda cuadrada que de sinusoide

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  • Fourier: El espectro de una señal sinusoidal continua es un palote en modulo ( teniendo en cuenta solo la parte positiva del espectro). El espectro de una señal cuadrada continua es un montón de palotes, cuya envolvente es la funcion sinc, caracterizadas por mínimos en los armónicos pares y máximos en los impares. La señal saturada posee un espectro entre estos dos espectros comentados.

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  • Potencia del espectro: La potencia del espectro debe ser igual a la potencia de la señal en el tiempo o algo así decía mi otro primo Parseval (a este nunca os lo he presentado pero es otro mangurrián de cuidado), y la potencia se repartirá entre todas las componentes del espectro. No hace falta hacer muchos cálculos para darse cuenta que la potencia de la señal sinusoidal es menor que la potencia de una señal cuadrada, es una simple integral para señales continuas (una serie para señales discretas). Por lo tanto el espectro de la señal cuadrada tendra más potencia que el espectro de la señal sinusoidal, y esta potencia se repartirá por todas las componentes espectrales incluidas todas aquellas que no estaban presentes en el espectro de la sinusoide.
  • Filtros de cruce: Generalmente dentro de las cajas pasivas, se puede encontrar una red de filtros pasivos, con condensadores y bobinas que implementan filtros paso bajo y paso alto de varios ordenes, para separar la potencia del espectro entre las diferentes vías del altavoz. A veces se usan crossover externos, conectados sus salidas a amplificadores y directamente los amplificadores a cada una de las vias, pero estos altavoces se ven menos en los estudios de andar por casa.

Ahora que ya sabemos todo esto vamos a ver porque tu amplificador debe tener la misma potencia o más potencia que la potencia máxima admisible por el altavoz, y para ello te voy a poner como ejemplo justamente el caso contrario, que te compres una etapa de potencia menor que la que realmente necesitas.

Suponte que te has comprado una etapa con menor potencia de la que tienen tus altavoces, es decir el headroom de tu amplificador es inferior al que soporta el altavoz. En principio podrias pensar «que guay, aunque lo ponga a tope no va a petar…» ERRROORRRRR!!!!. Si se te ocurre exprimir el ampli, pensando que no va a reventar, lo más posible que pase es que te cargues el tweeter, ¿porque? muy fácil, a medida que exprimas el ampli y te acerques al techo de headroom, tus señales se comenzarán a saturar, comenzarán a recortarse las crestas y comenzará a cobrar forma de onda cuadrada. Si observas el espectro, podrás ver como las componentes más altas, comienzan a aparecer y a cobrar cierta amplitud, amplitud que proviene de una energía o potencia. Estas componentes atravesarán directamente el filtro de cruce de los altavoces y se irán derechitas al tweeter, con lo cual hasta el tweeter llegará una excesiva potencia de las componentes de alta frecuencia.

Suponte ahora por otro lado que tienes una etapa con una potencia mayor de lo que tienen tus altavoces, por lo tanto el headroom de tu amplificador, será suficientemente alto como para que aun apurando hasta el límite impuesto por tus altavoces, no se produzca una saturación en el amplificador.

Antes de terminar un apunte, los limitadores, no son una buena opcion en los amplificadores, dado que lo que hacen es recortar las crestas de las señales.

Hala ya está….