CARACTERISTICAS DE UNA SEÑAL

ACÚSTICA COMPLEJA

En esta práctica pretendemos realizar un estudio del amplificador y las características de los altavoces.

           Materiales

Conceptos

Características de los amplificadores de audio:

       1º Sensibilidad de entrada:

Es el mínimo nivel de tensión de entrada capaz de excitar al amplificador, para que entregué su máximo nivel de potencia en su salida sobre la carga.

Hay 3 niveles de sensibilidad

• Muy bajo nivel: entre 0´1mV a 0´2mV.
• Bajo nivel: entre 1mV a 10mV. “micros”
• Alto nivel: entre 150mV a 250 mV “CD, audio TV/VRC, cassettes”

El dato de sensibilidad va ligado a la impedancia de entrada y se indica en mV o dB.

      2º Impedancia de entrada

Cada una de las entradas de señal del amplificador presenta una impedancia distinta. Para que exista la mayor transferencia de potencial de la fuente a

la entrada del preamplificador debe haber adaptación de impedancias desde la salida de la fuente a la entrada del preamplificador.

Ejemplos:

Comprobamos que en el caso en el que la impedancia es igual en la entrada y en la salida se produce el mayor la mayor trasferencia de potencial

     3ª Nivel de salida (Ouput Voltage)

Hay 3 niveles:

1ª Salida de preamplificador: viene determinado por el nivel de entrada del amplificador de potencia. Las etapas de potencia se excitan con una

señal de entre 0´5 a 1´5 V (RMS), para entregar a la carga su máxima potencia, para ello se busca una etapa de potencia.

2ª Salida de grabación:

-La norma DIN especifica que la tensión de salida debe de ser de 0´1 a 2 mV por cada K O (baja impedancia) de impedancia de entrada. El conector utilizado normalmente para esta salida es de tipo DIN.

-La norma RCA utilizada últimamente por los equipos de cadena de sonido nos dice que el nivel de señal de salida debe de estar entre 100 a 200 mV para una impedancia de 50 a 100 KO (alta impedancia). Los conectores son de tipo CINCH.

3ª Salida de auriculares:

Esta salida entrega una señal de 0´3 y 3 V con una impedancia de 8 a 600 O. Estos datos no implican niveles de calidad sino que son factores a tener en cuanta para realizar el acoplamiento entre distintos elementos del sistema de audio.

     4ºNivel de saturación de entrada (overload voltage) :

Indica cual es el máximo nivel de señal que puede aplicarse en cada entrada sin que el amplificador se sature, y por tanto, distorsione “sin que distorsione la señal”.

     5ºCaracterísticas fuera del compensador acústico (Loudenss):

El nivel de realce de las frecuencias extremas del espectro audio de graves y agudos que introduce el compensador acústico viene dado por los fabricantes para un valor establecido de nivel de volumen.

       6ºCaracterísticas de actuación de los filtros:

En cuanto a los filtros de graves y agudos, las características mas importantes que debemos conocer es la frecuencia o banda sobre la que actúan y la pendiente. La pendiente va a condicionar en gran medida la eficacia del filtro.

Los fabricantes entregan estos datos en dB/octava

        7º Respuesta de frecuencia:

Un amplificador debe amplificar de forma uniforme las señales del espectro de audio, sin deformar la señal.

Cuanto mayor sea la gama de frecuencias y mas plana la sea la curva de respuesta mayor calidad tendrá el amplificador. Los fabricantes entregan la respuesta de entrada de phono y las demas entradas con el control de tonos a “0” ó “neutral”.

       8º Nivel de la atenuación del silenciador (Muting)

Nos indica que nivel a sido atenuada la señal de salida. Se expresa en dB y son normales valores entre -15 -20 dB. Se utiliza cuando queremos bajar el nivel de volumen sin actuar sobre este.

        9º Relación señal ruido:

Es la relación entre la señal de radiofrecuencia deseada y la amplitud de los residuos generados por el propio amplificador y su entorno con el mando de control de volumen al máximo y los controles de tono. Se expresa en dB y se facilita para cada una de las entradas seleccionadas.

Un amplificador será mejor sea la relación señal.

        10º Distorsión

Al reproducirse un sonido o procesarlo hay que procurar que éste sea lo más fiel posible al original, lo cual siempre no es posible, debido a la falta de linealidad de los equipos. Las diferencias entre las señales de entrada y las de salida son las que llamamos distorsión, y pueden ser de varios tipos

        •  Distorsión armónica total. Cuando a la entrada de un amplificador aplicamos una señal senoidal pura de 1Khz, y a la salida no sólo aparece dicha señal debidamente amplificada, sino otras cuyas frecuencias son múltiplos de la original o fundamental (1 Khz), las cuales se mezclarán sumandose a la señal original, modificando su forma de onda. Este defecto se produce debido a las características dinámicas de los dispositivos que forman los amplificadores como transistores, circuitos integrados, ya que no son perfectamente lineales.

El parámetro que define la distorsión se llama: Distorsión armónica Total (THD), y se define como la proporción que presentan todos los armónicos creados por el amplificador frente a la señal pura o fundamental, expresando el resultado en tanto por cien %. Hoy en día el porcentaje está en 0,1 % e incluso en valores inferiores.

Cuando mayor sea la potencia del equipo mayor será el porcentaje de distorsión toal, y cuando mayor sea la frecuencia también mayor será el porcentaje de atenuación total, y al inrevés.

Normalmente en los equipos de alta calidad, el fabricante suele ofrecer los datos de la THD según los siguientes ejemplos:

•  100 W, 0,05 por 100 THD, 1Khz, 8O

•  80 W, 0,05 por 100 THD, 20 Hz a 20 Khz, 8O

•  Distorsión de intermodulación. La distorsión de intermodulación IMD se produce cuando a la entrada de un amplificador se aplican simultáneamente dos o más señales de diferentes frecuencias.

En la salida del amplificador se obtendrán no sólo las citadas señales amplificadas y sus armónicos, sino que aparecen unas nuevas señales que son la suma y la diferencia en frecuencia de las dos señales aplicadas y que no tienen que estar armónicamente relacionadas con las frecuencias de las señales que las producen, lo que hace que su efecto auditivo sea más desagradable.

El nivel de distorsión aparece de la relación de estas señales con respecto a las señales originales, y se expresa en tanto por cien. En equipos de calidad son valores habituales los de 0,1 por 100 y aun inferiores.

        11ºFactor de amortiguamiento (Damping factor)

Consiste en el efecto de amortiguar la resonancia de los conos de los altavoces de las pantallas acústicas, ya que éstos, después de producir una nota de un mensaje musical, tienden a permanecer en movimiento y pueden llegar a afectar a la siguiente nota musical contenida dentro del mensaje sonoro. Es decir la capacidad o la habilidad del amplificador para amortiguar las vibraciones remanentes e indeseables que se producen en el altavoz después de haber usado la señal de excitación, ya que aquéllas generarán un sonido residual que se mezclará con el siguiente, sobre todo en los altavoces de graves, que son los que experimentan una mayor excursión en el desplazamiento de su cono, produciendo efectos no deseables. Una salida de impedancia muy baja, que cortocircuite virtualmente los terminales del altavoz puede amortiguar este efecto.

Cuando mayor sea el factor de amortiguamiento, más alta será la calidad del amplificador.

   12ºValores típicos de los preamplificadores y amplificadores de potencia

Especificaciones de preamplificadores

Respuesta en frecuencia 20 Hz a 20 Khz ± 0,1 dB a ± 0,3 dB

Rango control de tono ± 10 dB a 100 Hz y 10 Khz

THD + N (nivel de salida 80 Khz, ancho banda 20Hz – 20 Khz) = 0,01% a = 0,1%

Relación señal / ruido (nivel de salida: Tuner, CD, Aux) 80 a 100 dB

Relación señal ruido (nivel de salida: Phono) 70 a 80 dB

Separación entre canales 20 Hz a 20 Khz 60 a 90 dB

Especificaciones de amplificadores

Respuesta en frecuencia 20 Hz a 20 Khz ± 0,2 dB a ± 1 dB

THD + N (nivel de salida 80 Khz, ancho banda 20Hz – 20 Khz) = 0,01% a = 1%

Relación señal ruido (potencia nominal) 90 a 120 dB

Separación entre canales 20 Hz a 20 Khz 60 a 90 dB

CARACTERISTICAS NUESTRO AMPLIFICADOR:

A partir de los datos que podemos optener de nuestro amplificador calcularemos todos los datos posibles.

Nuestro amplificador es de 40W y le ponemos una impedancia de salida de 8 O, con estos datos podemos calcular el Vmax

* tenemos que tener en cuenta que nuestro amplificador viene preparado de fabrica para una cierta impedancia de salida así que lo deberemos de configurar correctamente. Simplemente es cambiarle la impedancia en la fuente de alimentación.

P = Vmax xVmax / 2 x Z ; Vmax =40 x 2 x 8 = 25´29Vmax          

Al tener el Vmax podemos calcular el Vrms y el Vp-p

Vrms = Vmax /2 ; Vrms = 25,29/2 = 17´8Vrms

Vp-p = Vmax x 2 ; 25´29 x 2 = 50´58

Hallamos la Imax

Imax = Vmax / 2.Z ; Imax = 25´29 / 2 x 8 = 1´5 Amax

Hallamos Irms

Irms = Imax / 2 ; Irms = 1´5 / 2 = 1 Arms

Podemos hallar el Vcc real

Vcc = 2 x Vmax + 20% 2 x Vmax = 42,12 V

Quedaría una tabla así:

Con esta tabla calcularemos el altavoz ideal para este amplificador:

CARACTERISTICAS DE EL ALTAVOZ

Como tenemos un altavoz de 40W le tenemos que sumar un 25% para pretejer al altavoz de alguna posible subida de tensión.

Calculamos 40W + 25 % ; 40W +10W = 50W

Ahora debemos de saber que voltaje que puede soportar nuestro altavoz mediante la siguiente formula W = V x V / 8:

50W = 50 x 8 =20V nuestro altavoz soporta 20V pero para protegerlo de posibles subidas de tensión le restamos un 20%, que seran 4V

20V - 4V = 16V

Así que sabemos que tenemos que tener un altavoz de 50W y como hemos puesto una impedancia en el amplificador de 8O la impedancia del altavoz debe ser igual para obtener el máximo rendimiento, de esta manera debemos de coger un altavoz de 50W / 8O, que nos soportara 16V.

ETUDIO DE LOS DIFERENTES CONECTORES Y MANDOS

                                                   MANDOS

AUX => sirve para regular el volumen del auxiliar

2 MIC => sirven para regular el volumen del micrófono

3 MIC => sirven para regular el volumen del micrófono

4 TREBLE _> regula los tonos

5 BASS => regula los bajos

                                              CONECTORES

Son conectores DIN

1 => Para muy bajos niveles entre 0´1 a 0´2 mV (micros)

2 => Para bajos niveles entre 1 a 10mV

3 => Alto nivel entre 150 a 250 mv (CD, audio TV, cassetes)

Estos niveles van ligados a la impedancia de entrada.

ESTUDIO DE LAS SEÑALES:

Mediante un generador de baja frecuencia, un amplificador, un osciloscopio, y un altavoz nos disponemos a estudiar las distintas señales.

Conectamos los 4 dispositivos de la siguiente forma:

El generador lo preparamos para un voltaje de 4Vp-p y 1kHz de frecuencia que lo conectaremos a la entrada del amplificador "AUX", y el osciloscopio a la salida del amplificador.

MEDIOS

Aumentamos la amplitud del voltaje hasta el máximo permitido por nuestro altavoz, “antes de que distorsione” que en nuestro caso es de 14´6 V. Y ponemos una frecuencia de 1kHz y estudiamos los tonos medios.

GRAVES

Manteniendo la misma amplitud cambiamos la frecuencia y la bajamos a 100Hz. Y medimos los graves. "infrasonidos"

AGUDOS

Manteniendo la misma amplitud cambiamos la frecuencia y la subimos a 15KHz. Y medimos los agudos "ultrasonidos".