Amplificadores de audio: clase «A», «AB y «D» – ¿Qué son? ¿Cómo funcionan?

Azul: señal de entrada al amplificador
Rojo: señal amplificada que va a los altavoces

En instrumentos eléctricos, como el bajo, la amplificación del mismo es una parte esencial. En el artículo dedicado a las pastillas y circuitos vimos cómo la electrónica del bajo es capaz de transformar la vibración de la cuerda en una señal eléctrica que replica de una forma bastante fiel las propiedades acústicas de lo que suena.

Las pastillas y circuitos del bajo generan corriente alterna muy débil, incapaz de mover la membrana de un altavoz, por ello es necesario amplificar esta señal.

En la gráfica se muestra lo que persigue idealmente cualquier sistema de amplificación: mantener la forma de onda entrante y su frecuencia (espaciado) y modificar su amplitud (altura), que es la magnitud que da cuenta del volumen o sensación sonora una vez amplificada.

Cuanto más fiel es esta onda amplificada respecto a la señal original, podemos decir que el amplificador tiene mayor fidelidad. La distorsión de un amplificador se refiere a cuán diferentes son la forma de la onda que entra al circuito y la que sale amplificada. Salvo que se busque intencionadamente el efecto, siempre se busca la menor distorsión.

Tecnologías de amplificación

Hasta la década de 1960 la tecnología más utilizada para construir amplificadores de audio era la basada en válvulas de vacío (tube amps). A partir de esa década también se empezaron a utilizar circuitos basados en transistores.

Los circuitos basados en transistores (a veces se los llama solid state circuits) son en general más robustos -no dependen de un componente frágil de vidrio-, consumen menos energía -no hay que llevar ningún filamento a la incandescencia- y por tanto, resultan más compactos y ligeros. Hay muchas más características que diferencian un tipo de circuitos a otros, pero estas probablemente sean las de índole más práctica.

No vamos a hacer una clase de electrónica, pero sí esbozaremos cómo se amplifica una señal (ya sea por un transistor o válvula).

Resumiendo mucho, el componente amplificador (el transistor o la válvula) están sometidos a un voltaje de forma continua y la señal que entra al circuito se aprovecha de esta diferencia de potencial para ser amplificada. En el siguiente vídeo se ve cómo construir un amplificador de audio básico con un solo transistor.

Este esquema básico es lo que se corresponde con un circuito de tipo "A". El componente amplifica toda la señal entrante. Es un montaje poco eficiente porque requiere que el componente esté continuamente consumiendo energía, haya señal para amplificar o no.

Una mejora sobre este circuito es lo que se llaman circuitos tipo "AB". De nuevo, vamos a simplificar mucho. En estos amplificadores, ya no hay un único componente amplificador, si no al menos dos, y cada uno se encarga de amplificar una parte de la onda sonora. Con esta configuración se consigue una mayor eficiencia porque se aprovecha mejor la energía suministrada al circuito.

Amplificadores clase "D"

Este diseño de amplificadores se basa en un principio totalmente diferente al anterior. Se implementa únicamente con transistores operando en modo "binario": solo se utilizan dos estados del transistor, encendido o apagado. En el estado on el voltaje es siempre el mismo. A veces se denomina a estos amplificadores como "etapas digitales" por esto mismo.

El principio de funcionamiento es Pulse Width Modulation (PWM) -modulación por ancho de pulsos-. En estos amplificadores el transistor solo funciona en dos estados, 1 o 0. Para conseguir emular una onda sonora lo que se hace es conmutar rápidamente entre estos dos estados (es habitual llamarlos amplificadores conmutados -switching amplifier- por esta razón). Para representar la parte más alta de la onda sonora el transistor pasará más tiempo en estado "1". Al contrario, para representar la parte más baja, el transistor pasará más tiempo en estado "0".

Esquema amplificador clase D.
Fuente: Wikipedia

El esquema de funcionamiento simplificado es el siguiente: la señal de entrada es procesada junto con una señal triangular de muy alta frecuencia por un circuito comparador. La salida de este circuito alimenta la etapa de potencia conmutada.

La etapa de potencia genera un pulso proporcional a la señal de entrada.

Rojo: señal de entrada
Azul: señal de entrada + pulso triangular de referencia
Rosa: señal amplificada

Finalmente, estos pulsos son filtrados para reconstruir una versión amplificada de la señal original.

Tecnológicamente es mucho más complejo implementar un amplificador de este tipo, pero presenta algunas ventajas importantes.

  • Eficiencia: el amplificador utiliza mejor la energía eléctrica. Esto se traduce en menor consumo y menor calor emitido.
  • Ligereza: para generar potencias de salida elevadas no se necesitan los transformadores de salida tan voluminosos y pesados que requieren otros tipos.
  • Espacio reducido, consecuencia de lo anterior.

El siguiente vídeo (en inglés) se explica bastante bien la diferencia entre clase A, AB y D. También insiste en que un amplificador de clase "A" no tiene por qué sonar mejor que uno de clase "AB", si están bien diseñados (idea errónea basada en prejuicios bastante extendida entre los audiófilos).

Amplificadores para bajo

Amplificar las frecuencias graves requiere más energía que las notas más agudas, por esta razón los amplificadores de bajo suelen ser más potentes que los de guitarra. En una actuación donde los guitarristas utilicen amplificadores de 100W, el bajista va a utilizar amplificadores de 300W o más.

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Hartley Peavey with an early Class D amplifier: Amplification 101 Amplifier Class
Fuente: BassPlayer.com

La reducción de tamaño y peso ha sido una búsqueda constante en los amplificadores de bajo, y las etapas de potencia de clase D están plenamente asentadas en el mercado de amplificadores para bajo. Peavey empezó a utilizarlos en 1984, siendo pionero. En la década de 2000, la tecnología está totalmente madura y todos los fabricantes la utilizan, sin descartar tecnologías más antiguas (válvulas en clase AB) para un sector de usuarios que busca otro sonido (*).

(*) Próximamente en La clave de Fa: ¿porqué suenan diferentes las válvulas a los transistores?

1 Comment on Amplificadores de audio: clase «A», «AB y «D» – ¿Qué son? ¿Cómo funcionan?

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