Comprensión de las especificaciones: respuesta de frecuencia del amplificador de audio para automóvil

Como siguiente tema en nuestra serie explicando especificaciones de amplificadores, analizaremos la información de respuesta de frecuencia que proporcionan los fabricantes y cómo interpretarla. En términos simples, la especificación de respuesta de frecuencia indica los límites de graves y agudos del amplificador según su diseño. Como con todas las especificaciones vistas, la información proporcionada es tan reveladora como la que pueda faltar en la hoja de datos. Profundicemos.

Entendiendo las especificaciones de respuesta de frecuencia del amplificador

Veamos un buen amplificador con especificación de 4 Hz a 50 kHz. En este ejemplo no se proporciona tolerancia, así que no sabemos si esos límites representan una tolerancia de 1 dB o 3 dB. Encendamos el amplificador y veamos qué descubrimos.

Conectado a nuestra interfaz digital y banco de resistencias de carga, el amplificador muestra una respuesta de frecuencia de -1 dB a 8,21 Hz en el extremo grave y 48,7 kHz en el agudo. Permitiendo una tolerancia de 3 dB, la medición es de 4,36 Hz en el grave y supera el límite de medición de 96 kHz de mi equipo en el agudo.

En resumen, esta información nos dice que este amplificador no afectará drásticamente la respuesta de tu sistema de audio en todo el espectro audible, y mucho más allá.

Los altavoces no son resistencias

Varios factores gobiernan la respuesta de frecuencia de un amplificador. Fuera de la discusión sobre diseño de circuito y componentes, lo que la mayoría comprende es que el sistema de altavoces que conectas puede afectar su rendimiento. En el laboratorio usamos cargas resistivas. En el mundo real, los altavoces añaden un nivel de reactancia inductiva que se opone al flujo de corriente alterna y afecta la respuesta de frecuencia. Al añadir una red de cruce pasiva, la carga incluye ahora reactancia capacitiva. En definitiva, incluso en una red pasiva de dos vías simple, la carga que ve el amplificador varía mucho según la frecuencia.

Contacté a John Atkinson, editor de la revista Stereophile, y pedí permiso para recrear su red de simulación de altavoz reactivo. Su uso de carga reactiva para pruebas de respuesta de amplificadores fue resultado de un artículo de la Audio Engineering Society por Eric Benjamin titulado "Audio Power Amplifiers for Loudspeaker Loads". Atkinson consultó con Ken Kantor de NHT e International Jensen sobre la red pasiva, resultando en una versión de la red que ves abajo.

El propósito de esta red es presentar diferentes impedancias al amplificador a distintas frecuencias para evaluar su rendimiento. La red replica lo que un amplificador vería al alimentar un altavoz de estantería de dos vías, caja sellada, con impedancia nominal de 8 ohmios. Creé esta red con la ayuda de Frank Fabian en The Speaker Shop en Toronto. Su tienda tiene un impresionante stock de condensadores, resistencias e inductores. Si tienes un altavoz doméstico que necesita reparación o recono, ¡él es la persona indicada!

Respuesta del amplificador con cargas reactivas

El siguiente paso fue repetir la medición de respuesta de frecuencia de nuestro amplificador de referencia usando una carga de 4 ohmios, una de 2 ohmios y nuestra carga reactiva para demostrar cuánto efecto hay en la respuesta.

Como se ve, hay un pequeño cambio en la respuesta de alta frecuencia de este amplificador según la impedancia de la carga. El amplificador incluye algunos chokes de filtro en las salidas como parte de su diseño de fuente de alimentación de voltaje variable. La diferencia entre la traza de 4 ohmios y la reactiva es de 0,85 dB a 20 kHz.

¿Y los amplificadores económicos?

Nuestro amplificador de referencia es eso: un amplificador de alta calidad que suena increíble. ¿Qué pasa al hacer estas mismas pruebas en un amplificador barato? ¡Veamos!

Nuestro amplificador barato hace un trabajo aceptable con cargas resistivas, cayendo 1 dB alrededor de 16 kHz en agudos y por debajo de 10 Hz en graves. La traza roja muestra cierto énfasis entre 2 y 3 kHz causado por las características inductivas de la red de filtro pasivo. ¿Sería audible ese énfasis? Dependería de tu nivel de obsesión. Puedes oír la diferencia de unas décimas de dB al ajustar un ecualizador.

¿Qué pasa con nuestros amigos amplificadores Clase D?

Como mencionamos, los pequeños filtros en la salida de nuestro buen amplificador resultaron en un cambio medible en la respuesta de frecuencia entre cargas variables. ¿Qué ocurre al medir un amplificador Clase D que usa filtros grandes en las salidas?

Aquí vemos un pico de medio dB alrededor de 3 kHz y más de 2 dB de salida adicional a 20 kHz comparado con el nivel de referencia de 1 kHz. Comparado con una carga puramente resistiva, el pico a 20 kHz es 3,5 dB más que con carga resistiva de 4 ohmios y unos 7 dB más fuerte que con 2 ohmios. Si alguna vez te preguntaste por qué los amplificadores Clase D suenan diferentes que un Clase AB de alta calidad, esta es una de las razones.

Trabajando con especificaciones de respuesta de frecuencia

Para la mayoría de aplicaciones, puedes ignorar las mediciones de respuesta de frecuencia de los amplificadores que elijas. La mayoría serán adecuadamente planos de 20 Hz a 20 kHz. Si planeas alimentar una carga de baja impedancia (altavoces de baja impedancia o muchos altavoces cableados en paralelo), la impedancia añadida reducirá drásticamente el rendimiento de alta frecuencia de un amplificador Clase D.

Si planeas construir un sistema de audio verdaderamente listo para audio de alta resolución, capaz de reproducir señales más allá de 20 kHz, tendrás que hacer deberes. Probablemente querrás un amplificador Clase AB para los tweeters, como mínimo.

Finalmente, diseñar un sistema de audio que use filtrado activo ayudará a reducir las variaciones de impedancia causadas por los cruces pasivos.

Si necesitas ayuda para elegir un amplificador para tu sistema de audio de coche, acude a tu especialista local en electrónica móvil y habla con uno de sus especialistas de producto.

Consulta también otros artículos de nuestra serie sobre Comprensión de Especificaciones.