Un preamplificador para cápsula de bobina móvil.

Las cápsulas de imán móvil, o de reluctancia variable, dan salidas superiores a los 2 mV sobre una carga de unas decenas de miles de ohms, generalmente 47 Kohms. Sus hermanas de la alta sociedad, las de bobina móvil, entregan apenas entre 0,1 y 0,3 mV sobre unos pocos ohms de carga. La mayoría de los preamplificadores con curva de corrección RIAA son inadecuados para tan bajos niveles de señal; por lo que hace falta un transformador de baja a media impedancia o un preamplificador de muy bajo ruido, baja impedancia de entrada y alta linealidad.

Existen transistores de efecto de campo especiales para estos fines, pero son muy caros y difíciles de encontrar. Por este motivo R. Schnebelen y C. Ducros se decidieron a crear un circuito más económico y con prestaciones suficientemente buenas. El transistor de entrada no representa el mínimo de ruido que es posible lograr, pero es bastante silencioso, barato y fácil de conseguir. La configuración con base común no es muy frecuente en audio, sino que es un circuito muy usado en radiofrecuencias. Pero esta configuración da muy baja impedancia de entrada y la combinación con un transistor PNP en carga repartida produce un muy buen rechazo de ruido. Además, la ganancia de corriente hace posible el uso de cables mallados más largos.

El circuito que se ilustra a continuación fue publicado en Radio Plans, hace algunas décadas y da excelentes resultados si se presta atención a los componentes, a la prolijidad en el armado, la ausencia de lazos de masa y el ajuste del fonocaptor, como veremos más adelante.




Los componentes pasivos no lo son tanto, y menos en estos voltajes tan ínfimos. En las resistencias se producen fenómenos tales como la autoinducción, el efecto electroquímico, el efecto semiconductor y el de par termoeléctrico. Buscar el componente más próximo al ideal es una tarea trabajosa, pero que produce una satisfacción inmensa cuando el resultado recompensa todo el trabajo hecho. Las marcas Rodenstein y Sofcor están entre las mejores. Muchos resistores de metal óxido o de película metálica resultan en el refuerzo de agudos, hay que cuidar el balance. Con los capacitores la cosa se complica más. Cuando circula corriente por cargas o descargas las armaduras tienden a contraerse o a dilatarse según el sentido de la corriente. También hay movimientos por atracción o repulsión eléctricas. La robustez es esencial para mantener el capacitor "lo más quieto posible". Por ejemplo, es preferible un capacitor con dos láminas de metal y dieléctrico, que un dieléctrico metalizado al vacío. También importa la solidez del recipiente, que mantiene apretado al conjunto. Cualquier deformación en el capacitor va en desmedro de la calidad de la reproducción de la señal eléctrica. Por ese motivo los autores han indicado marcas y modelos de capacitores y también procedieron a compensar respuestas colocando capacitores en paralelo.

El circuito impreso original cabe en una placa de 75 mm x 110 mm, pero esto depende del tamaño de los componentes que usted pueda encontrar. Como guía, se reproduce un trazado del impreso en esa medida. Ignoro cómo se verá el archivo en el monitor, pero las marcas en las esquinas indican los límites de una plaqueta de 110 mm x 75 mm.



El dibujo que sigue indica la posición de los componentes sobre la cara opuesta de la plaqueta:




El resultado final dependerá en gran medida de la forma en que esté calibrado el sistema cápsula-brazo fonocaptor. La cápsula deberá fijarse firmemente con tornillos de plático o de aluminio. Cualquier economía de peso será beneficiosa. La púa debe ser tangente al surco en dos puntos situados a 66 mm y 121 mm del eje de giro. Además, la bandeja giradiscos debe estar perfectamente nivelada y en una mesa de gran masa. Algunas de estas mesas tienen patas regulables y una plomada pequeña que se centra en una marca cuando la mesa está bien nivelada. Si el brazo puede ser regulado en su altura, habrá que efectuar ese ajuste. No hay otra forma que hacerlo a oído. Colocando el brazo más alto a propósito, se irá aproximando su altura hasta obtener la reproducción homogénea de todos los instrumentos. Algunas cápsulas acentúan los agudos y otras los graves. Un trabajo de paciencia encontrará el punto de mejor audibilidad en todo el espectro de audio.

Resulta indispensable usar pilas o baterías (que pueden ser recargables dentro del mismo preamplificador, pero cuando no está en uso), para asegurarse de no introducir zumbido por el filtrado. Imaginen que estamos hablando de 100 microvoltios de señal promedio, por lo que es mejor la incomodidad de cambiar baterías a pelear con un zumbido inevitable, por pequeño que parezca. Estamos en un circuito de alta ganancia y con señales extremadamente bajas. Mejor prevenir que lamentar.

Una válvula desconocida para los audiófilos.

Durante la guerra fría, a principios de los cincuentas, el gobierno de Estados Unidos de América consideró que era necesario contar con un sistema de misiles capaces de neutralizar el ataque de bombarderos nucleares enemigos. Ya en 1948 estaban trabajando en ello, basados en proyectos alemanes que no llegaron a cumplir funciones en la Segunda Guerra Mundial. Como resultado surgió un misil denominado Nike-Ajax. Nike era el dios de la victoria para los griegos.

Un segundo modelo, mejorado, apareció hacia 1954: el sistema MIM-14 Nike-Hercules, primeramente conocido como SAM-A-25 (Surface-to-Air-Missile; o también GTAM: ground-to-air). Este monstruito tenía un radio de acción de 140 km, llegaba a una altura de 46.000 metros y desarrollaba una velocidad superior a Mach 3,65 (4.470 km/h). Algunos de ellos estaban equipados con cabezas de explosivos convencionales y metralla. La idea era apuntar hacia las formaciones de bombarderos y derribarlos antes de que llegaran a destino. A un (¿0 unos?) etílico incurable se le ocurrió la peregrina idea de dotarlos de cabezas nucleares. Claro, una detonación nuclear en las proximidades de una formación de bombarderos aseguraría la destruccíón de todos los aviones, pero también de lo que hubiera debajo. Una explosión a 30 ó 40 km de altura esparciría material radiactivo en una zona muy amplia. Tardaría algunos meses en matar todo lo que hubiera en la zona de deposición. Baterías de estos misiles fueron emplazadas en Alaska y en Miami. En 1959 comenzaron a ser colocados en Europa.

Aunque parezca mentira, se proveyeron, primero, cabezas desde 2,5 kilotones a 28 kilotones; y luego en versiones de 2 y 30 kilotones. Por supuesto, ninguna de estas baterías podía depositar material radiactivo sobre territorio estadounidense.

Todo este sistema era guiado por un complejo grupo de radares situado en tierra. No eran fácilmente transportables y su instalación llevaba algunos días. Aunque fueron también calificados para interceptar a otros misiles, en poco tiempo se vio que eran inútiles. Las primeras baterías se desactivaron en 1974 y las últimas en 1988.

El proyecto y fabricación de estos aparatos estuvo liderado por las empresas Western Electric, Bell Laboratories y Douglas Aircraft Company. En la siguiente imagen de dominio público se ve uno de estos misiles.



Ahora, ¿qué hace todo esto en un blog de audio amplificadores? Bien, los primeros misiles Nike-Hércules tenían en su interior un amplificador operacional a válvulas. Más tarde se cambió la electrónica a estado sólido, como sucedió en Japón y en España que, según creo, todavía hoy tiene una batería en las proximidades de Gibraltar, con explosivos convencionales.

La imagen que sigue es la primera (y espero la única) con derechos de propiedad intelectual ajenos. La subo con el propósito de suministrar una ilustración y conocimiento. No creo estar causando ningún perjuicio a nadie, pues hoy hay amplificadores operacionales de estado sólido muy superiores y fundamentalmente pequeños y baratos. Habría que estar muy poco sano mentalmente para intentar hacer hoy algo tan costoso y voluminoso. Además, no tiene uso comercial conocido en estos años y desde hace bastante tiempo. He aquí el operacional:



En las entradas de este circuito vemos a la válvula en cuestión: la 5755. Este doble tríodo fue construido con las más estrictas especificaciones que puedan imaginarse: una extraordinaria similitud entre ambas unidades, muy baja deriva térmica, y bajísimo microfonismo. No creo que haya otra válvula similar en cuanto a esto en el mundo (a no ser del otro lado de la cortina). Puede trabajar con 310 V en placas, tiene un coeficiente de amplificación de 70 y una transconductancia de 500 umhos. Montaje: en cualquier posición.

Entre las pruebas que debía soportar, se tomaban unas muestras al azar de un lote. Estas muestras eran puestas en funcionamiento en un circuito operativo durante 150 horas. Luego se las sometía a una brusca aceleración de entre 400 y 600 gravedades en cualquiera de seis direcciones, durante un milisegundo. Después de la sacudida, por ejemplo, la variación de tensión de placa debía ser inferior a 2 mV. Si cualquiera de estas tres pruebas daba un resultado superior a lo especificado en una sola muestra, todo el lote era descartado.

Nunca tuve una en mis manos ni sé de nadie que las haya usado. Estaban especificadas para amplificadores de corriente continua, fuentes reguladas y otros usos de alta precisión. Su extraordinaria simetría se me ocurre que sería muy útil en una entrada diferencial o hasta en un inversor de fase. La propongo como una curiosidad que vale la pena experimentar, si se tiene acceso a algún ejemplar.

Por último un diagrama de conexiones y aspecto físico, proveniente del manual de Raytheon.

No todos oyen lo mismo.

El título parece sugerir que los oídos humanos no funcionan exactamente igual y que cada sujeto escucha lo que deja pasar su sentido; pero no es así. Aunque es cierto que los seres humanos no son uniformes con respecto a sensibilidad y ancho de banda, si todos tuvieran el mismo aparato auditivo, lo que oye cada uno depende del lugar en donde se sitúa.

Tampoco esto tiene que ver con el tratamiento acústico del recinto en donde se efectúa la audición, sino con una propiedad de las ondas sonoras y de la altura de sus tonos.

Las frecuencias altas o agudas viajan más rápido que las de frecuencias más bajas o graves. De manera que, si en la grabación o en la fuente de sonido original una frecuencia grave y otra aguda son simultáneas, al oyente llega primero la más aguda, variando la relación de fase y cambiando el timbre del sonido, aún suponiendo un amplificador y reproductores ideales, de los cuales partieran juntas.

Hace unos treinta años que alguien intentó un gabinete acústico con forma escalonada, situando al woofer más cerca del oyente y el tweeter más alejado, con una posición intermedia para los parlantes o altavoces de medios. Esto sirvió nada más que para los audiófilos, que podían situarse en una posición óptima, calculada previamente al diseño de la caja. Pero en teatros y cinematógrafos no servía de nada, porque el público abarca espacios muy amplios y los caminos que debe seguir el sonido para cada individuo tienen longitudes distintas.

Así que señor músico, usted que se pasó horas buscando un timbre que le agrade para una interpretación, sepa que es para su gozo personal y de algún observador privilegiado. Los demás oirán algo diferente a lo que usted llegó después de tanto trabajo. La perfección, como la utopía, se aleja un paso cada vez que damos uno hacia ella. Aunque Galeano sabe que sirve para caminar.

Fuente para polarización fija de -160V, 25 mA.

Esta es la fuente prometida. Puede proveer desde -120 V hasta -160 V a 25 mA. En realidad, si se reemplaza el potenciómetro lineal de 5K y la resistencia de 15K 2W por un reóstato de 20K 5 W, puede entregar desde -1,2 V hasta - 160 V. Pero los transistores del par darlington tienen tensiones de ruptura del orden de -60 V y habría que conseguir otros que soportaran 180-200 V. En PNP es bastante difícil ubicar transistores de altas tensiones, por lo que opté por ser menos ambicioso y conformarme con -120 V, dejando las tensiones menores para el otro circuito del artículo anterior.

Cuando estaba terminando el dibujo de la fuente descubrí un amplificador con tríodos de transmisión que trabaja con -200 V. No hice la prueba de funcionamiento, pero parece que el mismo par darlington y unos ligeros cambios servirían para suministrar también esa tensión.

En los dos casos el potenciómetro de 5K está conectado como reóstato, haciendo las veces de una resistencia variable. Para -200 V deberíamos cambiar el resistor de 15K por uno de 22K 2 W y el potenciómetro será ajustado cerca de la mitad de su recorrido, pues la resistencia teórica para obtener -200 V es de unos 24.850 ohms, aproximadamente. El resistor de limitación en el filtro de 1 uF pasa a tener el valor de 3,3 ohms. La tensión entregada por el rectificador no debe exceder los 265V ni bajar de 210 V.

La realimentación llega tarde a la cita.

La realimentación negativa de tensión consiste en reinsertar una porción de la señal de salida en la entrada, de tal forma que la porción agregada se resta de la original.

Elegantes fórmulas matemáticas dan cuenta de una reducción de la distorsión armónica, de la disminución del zumbido en el circuito de placa, de los ruidos microfónicos y hasta una merma de la impedancia efectiva interna. También reduce las variaciones por cambios de válvulas y hasta por la pérdida de conductancia mutua debida al envejecimiento.

Pero, como en el ejemplo de la casa construida por 3.240 obreros, a veces estas fórmulas están cerca de la realidad y muchas veces no.

Un análisis pormenorizado nos dirá cuándo mejora las cosas y cuándo las empeora.

Por empezar, todo este análisis descansa en el supuesto de un amplificador que no tiene tiempo de demora entre excitación y respuesta (tiempo de tránsito), o que la forma de la señal de entrada se mantiene idéntica el tiempo necesario para que la resta surja el efecto deseado. Tal es el caso en el laboratorio, cuando se analiza el equipo con ondas senoidales.

La onda senoidal es una forma de variación progresiva y poco brusca; no tiene frentes abruptos, ni cambia en una modalidad "todo o nada". Cuando se excita un amplificador con una onda senoidal de frecuencia fija y se la realimenta, aunque haya un retraso en la realimentación, la misma naturaleza geométrica de la onda hace que se note poco ese atraso; conserva prácticamente su forma.

Veamos una imagen de una onda senoidal en un osciloscopio:



Ahora comparémosla con el oscilograma de un pasaje musical:



¿Poco que ver, verdad? Pertenecen a distintos mundos. La música contiene ondas de frentes abruptos y que varían ampliamente en tiempos muy cortos.

¿Qué sucede, entonces, en la práctica?

Veámoslo en una sucesión de imágenes. Deliberadamente dibujé una onda cuadrada o rectangular. Es de frente abrupto y, además, es fácil para ilustrar lo que sucede. No me atrevería a obtener un dibujo de la resultante de la señal de audio anterior y -aunque pudiera- el lector no alcanzaría a ver el efecto; pero que se oye, se oye.

Primero volcamos en un par de ejes coordenados una variación de tensión en la entrada:




La segunda imagen representa a la porción reinyectada para que reste, con el retraso producido por la demora de tránsito de la señal en el amplificador:




Por último, ponemos el resultado de la resta:




¡Patapúfete! ¡Qué suerte pa' la desgracia! Peor el remedio que la enfermedad. ¿Se imaginan la resultante en el fragmento de música del principio? A mí no me da la cabeza.

¿Por qué suena mejor un buen amplificador a válvulas con 0,1% de distorsión armónica total que un amplificador transistorizado con 0,01 %?

Las válvulas son elementos gobernados por tensión, de manera que las respuestas son mucho más rápidas que en los transistores bipolares, que dependen del tránsito de cargas. Además, el transformador de salida limita seriamente la realimentación que se puede implementar; rara vez es más del 10% de la tensión de entrada. En cambio, los equipos de estado sólido no suelen tener transformador de salida y se les aplican realimentaciones mucho mayores, con retrasos más importantes.

Si bien en laboratorio se miden maravillas con ondas senoidales, con música la cosa cambia.

El oído debería ser juez, pero no siempre es un juez competente. Estamos acostumbrados al sonido electrónico distorsionado, tomamos por natural lo artificial. Escuchamos a un violinista interpretar una pieza con un micrófono incorporado a su violín. Es un sonido adulterado por el amplificador, que podrá ser bueno, pero no es perfecto. El verdadero sonido de un violín de concierto se oye en vivo y sin amplificación. Haga la prueba de asistir a un concierto de música de cámara sin micrófonos y después compare el mismo concierto reproducido en su equipo de música. Por favor, no lo tire; peor es nada.