etapas de potencia

El proceso de reproducir un sonido que previamente ha sido grabado es fascinante: primeramente hace falta un micrófono que traduzca las vibraciones de la voz, instrumentos, etc. mediante los movimientos de una membrana, en una señal eléctrica que queda registrada en un soporte (magnético=cinta, digital=CD, MD, etc). Posteriormente, ese soporte será leído por una fuente de sonido, generando otra vez la misma (idealmente) señal eléctrica que grabó el micro.

Dado que la membrana del micro es muy fina y pequeña para poder vibrar deprisa, sus movimientos generarán una onda eléctrica pequeña, suficiente para ser manejada por los grabadores, lectores, etc. De lo anterior se deduce, pues, que la señal entregada por el lector será muy débil en términos de voltaje (y potencia por tanto) como para mover un altavoz, el cual es el encargado de traducir otra vez la señal eléctrica en ondas de presión mecánica (sonido), según podemos ver en el artículo sobre los altavoces. Y es aquí donde entra en juego el amplificador, ya que las demandas de potencia eléctrica en este último paso son muy grandes.





Para profundizar más en el tema de los amplificadores y entender sus características, defectos, etc. deberemos comprender previamente cómo funcionan en esencia estos aparatos.


Cómo funciona un amplificador:


Una etapa de potencia o amplificador es un aparato que recibe una señal de entrada y la agranda varias veces para entregar a la salida la misma señal que a la entrada (teóricamente) pero ampliada. Es muy importante reseñar que, dado que el amplificador es la última etapa antes de los altavoces, este aparato se encarga de “manipular” la señal tal como le viene, con todas las modificaciones que le hayamos causado (sobrecarga de bajos, agudos, etc).

Por eso, lo mejor es entregarle la señal lo más pura posible.

El componente principal de un amplificador es el transistor. Un transistor es un elemento electrónico activo que tiene tres electrodos: base, colector y emisor. Emisor y base se conectan a la entrada y emisor y colector a la salida (altavoz).

El transistor se encarga de, consumiendo una corriente, entregar un voltaje en la salida que es igual al original pero multiplicado varias veces según una relación lineal dada por la curva propia del mismo. Dicha curva tiene una zona de linealidad muy amplia, pero llega un momento en el cual se “satura” y por mucha intensidad que le demos no será capaz de “amplificar” más la señal. En ese momento se dará el fenómeno del “clipping” o recorte de la señal. De éste ya hablamos en el apartado de los altavoces y dimos cuenta de lo nocivo que es para los altavoces.




Un transistor como el descrito anteriormente conforma una etapa de amplificación. Por ejemplo, el amplificador de un teléfono tiene un solo transistor, pero una etapa de car audio tendrá muchas; por lo tanto, tendrá transistores “en cascada”. Existe un problema con esto, dada la gran cantidad de calor generado por los transistores y que provoca la necesidad de grandes disipadores de calor y altas temperaturas de funcionamiento.

Por otro lado, lógicamente, cuanto mayor sea la calidad (y, habitualmente, precio) de los componentes de la etapa de potencia, mayor será la potencia que podrá dar y además con un menor grado de distorsión.

En realidad, los modernos amplificadores no tienen este tipo de transistores “prehistóricos”, sino transistores MOSFET (Metal Oxid Semiconductors Field Effect Transistors), pero no es éste el foro indicado para entrar en tanta profundidad y para nuestros propósitos nos valdrá con lo anteriormente explicado.





Necesidad de amplificación externa
- Amplificador interno de las fuentes (Circuito Integrado). Dado que el CI de la fuente como máximo recibirá los 14,4V nominales que suele entregar la batería con el coche en marcha (el alternador), ese será el tope que tengan los autorradios a la hora de amplificar la señal que reciben.

Es por ello que la potencia que pueden entregar es muy limitada y siempre provocan distorsión a unos 3/4 de su volumen máximo. El problema es que la gente suele cometer el error de pensar que tiene que cambiar los altavoces cuando lo que está fallando es la amplificación. Se puede decir, sin temor a equivocarnos, que sonará mucho mejor un autorradio con amplificación externa y los altavoces de serie (siempre dentro de un orden de coherencia en los W nominales de cada) que el mismo autorradio de serie con unos altavoces excepcionales.

- amplificadores externos: los amplificadores o etapas de potencia externos suelen incorporar el SMPS (Switching Mode Power Supply) que es básicamente un transformador encargado de elevar el voltaje y poder, de esta manera, acceder a niveles de entrega de potencia impensables en los anteriores.

Es por esto que estos componentes son imprescindibles cuando se desea un nivel de potencia tal que se permita una escucha limpia y sin distorsiones a un volumen interesante o bien unos graves potentes (que requieren mucha potencia).




Descripción de un amplificador
- Canales: Una etapa de potencia puede tener desde 1 hasta 5 canales. Las más normales son las de 2 (izquierdo-derecho) y las de 4 (izquierdo/derecho delanteros e izquierdo/derecho traseros). Normalmente cada canal manejará un altavoz, aunque en casi todos los amplificadores modernos también es posible manejar un altavoz “puenteando” dos canales, obteniendo de esta forma un canal cuya potencia es la suma de los otros dos.

La impedancia de un altavoz de car audio suele ser de 4 Ohmios (salvo casos puntuales de subwoofers con doble bobina que pueden alcanzar 2 Ohmios) y normalmente las etapas de potencia suelen soportar cargas (impedancias) de hasta 2 Ohmios estéreo y 4 Ohmios mono. Algunas, de alta gama (p.ej, Orion) y especialmente indicadas para mover baterías de subs y entregar altas intensidades, pueden manejar hasta 1Ohmio mono, con lo cual es posible conectar 4 subs en paralelo a la etapa de 1 canal. Hay que indicar que, según disminuye la impedancia conectada al ampli, aumentará la intensidad que éste entrega y por tanto la potencia. Pero también aumenta la distorsión THD (Total Harmonic Distortion) que generará.

A continuación podemos ver un ejemplo de implantación:


Esquema de 2 etapas de 2 canales: dos canales con los altavoces delanteros y los otros dos con los subs (no puenteados)
- ganancia: he aquí uno de los conceptos más desconocidos y controvertidos del mundo del car audio. Mucha gente considera la ganancia como un “volumen” y cree que con la misma puesta a tope conseguirá la máxima potencia del ampli. Bien, eso es falso.

La ganancia no determina el máximo voltaje (potencia) que puede alcanzar un amplificador, sino que sirve para ajustar los voltajes de la salida RCA del autorradio y de salida del ampli.

Dado que actualmente hay autorradios con salidas de previo con voltajes desde 1V hasta 4V (y algunas hasta de 9V), los amplificadores deben tener un ajuste de “sensibilidad” para la señal de entrada para llegar al voltaje máximo para el que están diseñados. Pongamos un ejemplo: un amplificador con el ajuste de ganancia marcado entre 1V (máx) y 4V (mín). Es importante darse cuenta de que la ganancia (“sensibilidad”) estará al máximo para entrada de 1V y a la inversa.

Si a ese amplificador le conectamos una unidad con salida de 1V con la ganancia al mínimo, y subimos el volumen al máximo, no será capaz de dar la máxima potencia que podría. No habrá distorsión, pero estaremos desaprovechando potencia.

Si a ese mismo ampli le conectamos una unidad con salida de 4V y dejamos la ganancia como está, el voltaje entregado a la salida al máximo volumen del autorradio (y por tanto la potencia) será mayor y alcanzará la máxima potencia que es capaz de dar. Si no modificamos la señal de entrada con realces de graves desde la unidad, o loudness, etc. no habrá distorsión.


Y a la inversa, si colocamos la ganancia al máximo (menor sensibilidad de entrada) y le conectamos la unidad de 1V, lo más probable (si la señal de entrada es plana) es que al 100% del volumen no haya distorsión y el ampli esté entregando la máxima potencia, que será la misma que en el ejemplo anterior con la de 4V. Al conectar la unidad de 4V, la “sensibilidad” del ampli es muy grande e intentará dar un voltaje a la salida tal que los transistores entrarán en su zona de no linealidad, con lo que el voltaje de salida será recortado, apareciendo el temido efecto “clipping”, totalmente perjudicial para los altavoces, y que no es lo mismo que la distorsión.





Por eso nunca de debe poner por defecto la ganancia al máximo, por la creencia de que la etapa dará más potencia, sino investigar qué voltaje de salida tiene nuestro autorradio para el máximo volumen y empezar probando con ese ajuste en el ampli,

Como hay otros parámetros que influirán en que haya distorsión (loudness conectado, mucho grave con el ecualizador, etc), deberemos posteriormente ajustar finamente la ganancia de la siguiente forma: Subir el volumen del autorradio hasta 2/3 del volumen máximo. Subir la ganancia hasta que notemos distorsión, en ese momento bajamos un punto la misma. A partir de ese punto, iríamos subiendo el volumen y bajando la ganancia intentando mantener ese punto de no distorsión, hasta llegar al volumen máximo. Hay gente que recomienda no llegar hasta el volumen máximo, pero particularmente yo en mi coche lo tengo así y puedo llegar al tope de volumen sin un ápice de distorsión audible.

En realidad, a nivel profesional y competición, este proceso debe hacerse con osciloscopios, etc.
- filtros: los amplificadores suelen llevar incorporados filtros activos o crossovers. En una etapa de 4 canales suele haber un filtro para los delanteros y otro para los traseros. Un filtro tiene 3 posturas: pasa altos (HP), pasabajos (LP) o inactivo. En la primera posición, dejará pasar todas las frecuencias superiores a una determinada por una rueda ajustable que está al lado. Este tipo de filtros se utiliza para altavoces que no sean de subgraves, con un corte en aprox. 100-150Hz, de forma que al subir mucho el volumen los altavoces de 5,5” o 6,5” no tengan que reproducir frecuencias para las que no están preparados (<100Hz) y así evitar que distorsionen. La pendiente de corte suele ser de 12 dB/octava, aunque los de mayor calidad pueden incorporarlos hasta de 24dB/oct.

El filtro pasa bajos hace lo contrario: deja pasar sólo las frecuencias hasta una frecuencia dada por la misma rueda de antes. Esta configuración se utiliza cuando se va a conectar a esos canales un subwoofer y el corte se pondrá, dependiendo de los gustos de cada uno, en 60, 80, 100 o 120Hz. Cuanto mayor sea la frecuencia de corte, mayor será la cantidad de bajos, más profundos y menos controlados. Cuanto menor ser dicha frecuencia, más secos serán los graves, más “controlados”.

- bass boost: muchos amplificadores suelen tener un control de realce de bajos (bass boost). Recomendamos desde aquí dejarlo siempre al mínimo por defecto, aunque en algún sistema en particular pudiera ser necesario ajustarlo apoyándose en éste.

- Potencia: Hay que tener cuidado con las especificaciones de potencia de ciertos fabricantes, ya que es muy típico ver algo del estilo “Potencia Max. 200W”. Esta potencia máxima es lo que se denomina potencia de pico. Sin entrar en más detalles, diremos que al ser la señal asimilable a una onda senoidal, la potencia máxima sería la que se alcanza en el pico de la onda. Es obvio que esta potencia máxima no es una característica fiable, entre otras cosas porque depende mucho de las condiciones en que se mida, y cada fabricante sigue estándares distintos (favorables a ellos).

Existe una magnitud denominada W RMS (Watt Root Mean Square) o “valor medio eficaz” que nos da una medida más exacta de la potencia máxima que puede mantener el amplificador en el tiempo. Además, al ser un estándar, nos sirve para comparar unos amplificadores con otros, ya que un W RMS es el mismo en Pioneer que en MTX.





THD (Total Harmonic Distortion): Es la distorsión que todo amplificador introduce en la señal. Los modernos amplificadores, si son de calidad, hablan de distorsiones de un 0,08% o menos, a una determinada frecuencia de referencia y a una determinada potencia. Parece ser que niveles de distorsión menores de 0,1% son inaudibles para el oído humano, así es que cualquier especificación por debajo de ese valor, en principio, es válida.


Elección de un Amplificador
Dependiendo de las necesidades, deberemos centrar nuestra búsqueda en unos u otros tipos. El primer parámetro a dilucidar es el número de canales. La pregunta que nos debemos hacer es ¿qué tipo de sistema queremos?. ¿Cuántos altavoces quiero amplificar?. ¿Voy a poner subwoofers?. ¿Cuántos?.

Una vez resueltas estas dudas, sabremos si necesitamos 2, 4 o más canales. Desde aquí recomendaríamos una etapa de 4 canales antes que 2 de 2. Un sistema típico llevaría una etapa de 4 canales para alimentar los 2 altavoces delanteros y los 2 traseros (no lo recomendamos) y una etapa de 2 para el sub, puenteada.

La segunda pregunta es: ¿qué cantidad de potencia necesito?. En este apartado es mejor no escatimar, pues siempre es mejor que sobre a que no que falte. Ajustándose a nuestro presupuesto, lo mejor es ir a marcas de prestigio (MTX, Xtant, Rockford Fosgate, Orion, Alpine V12, etc.) cuyas especificaciones de potencia suelen ser más “verídicas” que las de otras menos prestigiosas en este campo.