Equipos de Audio Moderno

7/12/2019 Equipos de Audio Moderno

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Equipos de Audio

ModernosEquipos de Audio

Modernos

Nueva s Tende ncia s

e n e l Desa rrollo

de l Audio

PRESENTA

Por Egon Strauss

Señales de Audio - Plataformas de Audio Analógicas y Digitales (LP, CC,CD-ROM, CD-ROM-XA, CD-I, Photo-CD, CD+G, LD, CD de Video, XRCD) Los Discos DVD y Dolby AC-3 - El DATy el Minidisco (MD) - Procesadores de Audio - Transductores Acústicos - Audio en el Automóvil - Instrumentos Musicales Electrónicos - Ajustes, Mediciones y Reparaciones en Audio



INDICE

Pr efaci o ............................................................4

Capítulo 1

La Señal de audi o ............................................5

1.1. Conceptos generales.....................................5

1.2. La relación señal-ruido (S/N) ........................5

1.3. Sistemas analógicos y digitales .....................5

1.4. Naturaleza de las ondas sonoras...................6

1.5. Reverberación...............................................6

1.6. Tonos musicales y armónicas.......................7

1.7. Potencia de salida.........................................9

1.8. Nor mas de audio ........................................10

1.9. Equipos de audio para usos diversos..........10

A) Equipos convencionales ............................10

B) Equipos de audio Hi-Fi (alta fidelidad).......11

C) Equipos de High End .................................12

Capítulo 2

Platafor m as de audio, an alógicas

y di gi tales.......................................................13

2.1. Listado de las platafor mas a tr atar ..............13

2.2. Los discos de Larga Duración (LP) .............13

2.3. Los casetes compactos de audio (CC) ........14

2.4. Conceptos básicos de la Técnica Digital ....17

2.5. a. La grabación y reproducción

de señales digit ales ............................................23

2.5.b. La lectura óptica con láser ......................25

2.6. Los reproductores de CD ...........................28

Capítulo 3

Otr as pl atafor m as de lectur r a ópti ca.........31

3.1. Las normas para diferentes tipos de discos de lec-

tura ópt ica ......................................................31

3.2. Discos CD-ROM y CD-ROM-XA...................33

3.3. Discos CD-I, CD+ G y Photo-CD .................35

3.4. Los discos láser (LD) y CD de video (CDV)37

3.5. La grabación de discos CD .........................41

3.6. El disco compacto de

resolución ex tendida .........................................42

Capítulo 4

Los di scos DVD con son ido digital

Do lby AC-3 .....................................................45

4.1. Prestaciones y normas del DVD

Digital Video Disc...........................................45

4.2. Los sistemas Dolby Surround

y sus procesadores.............................................47

4.3. Equipos comerciales de AC-3 y DVD ..........51

Capítulo 5

Plataformas digitales, magnéticas

y op tom agnéti cas..........................................53

5.1. El casete compacto digital DCC

Digital Compact Casete .....................................53

5.2. La cinta digital de audio DAT

Digital Audio Tape.............................................59

5.3. El mi nidisco MD .........................................61

INDICE

2 - EQUIPOS DE AUDIO MODERNOS - prof. Egon Strauss



Capítulo 6

Procesador es de audi o .................................65

6.1. Int roducción ...............................................65

6.2. Preampl i fi cadores de audio ........................65

6.3. Amplificadores de potencia.......................69

Capítulo 7

Transductor es acústi cos ...............................79

7.1. Int roducción ...............................................79

7.2. Pick-ups para discos LP ..............................79

7.3. Micrófonos..................................................81

7.4. Auriculares..................................................83

7.5. Altoparlantes...............................................84

7.6. Baff les y gabinetes acústicos......................88

7.7. Distribución del sonido

para grandes audiencias ....................................917.8. La importancia de las buenas conexiones..93

Capítulo 8

Audio y r adio del autom óvi l ........................95

8.1. Int roducción ...............................................95

8.2. Receptores y amplificadores para

radio del automóvi l ............................................95

8.3. Parlantes para automóvil ..........................100

8.4. La instalación de equipos de car-stereo....101

Capítulo 9Fun damentos de i nstr um entos

m usicales electr ón icos ...............................103

9.1. Introducción a la música electrónica.......103

9.2. El órgano electrónico moderno ................103

9.3. Otros instrumentos musicales

electrónicos .....................................................112

Capítul o 10

Ajustes, medicio n es y r epar acio n es

en audio .......................................................115

10.1. Los alcances del servicio

técnico en audio ..............................................115

10.2. La medición de la potencia de salida......115

10.3. La respuesta de frecuencia.....................116

10.4. La medición de la

Distorsión Armónica Total (THD) ...................118

10.5. Las "señales" de "r uido"...........................119

10.6. El laborator io para el service de audio ..120

Apéndice

A.1. Más mediciones en equipos de audio ......123

A.2. Medición de la modulación cruzada........123

A.3. La medición de la intermodulación .........124

A.4. El uso del osciloscopio para

analizar distorsiones de la señal .......................125

A.5. Medición de la ganancia de tensión .........126

A.6. Medición de la impedancia de entrada....126

A.7. Medición de la sensibil idad de entrada....126

A.8. Medición de la sensibi l idad

con respecto a la carga....................................127

A.9. Medición del ancho de

banda de potencia ...........................................127

INDICE

EQUIPOS DE AUDIO MODERNOS - prof. Egon Strauss - 3

CAPITULO 1



La presente obra se escribe en tiempos de gran auge de toda la gama de audio

que se ofrece al consumidor en el orden mundial. Siguen vigentes, en mayor o me-

nor medida, todas las plataformas clásicas del audio del tipo analógico, como dis-

cos LP y casetes compactos (CC), pero además se han multiplicado las plataformas

digitales que, pocos años atrás, sólo comprendían los discos compactos CD y que, en

la actualidad, abarcan además del CD, también el casete compacto digital (DCC),

el minidisco (MD), el disco láser (LD), el digital audio tape (DAT) y el digital video

disc (DVD).

Muchas de estas p lataformas d igitales poseen algún sistema de audio multicanal,

como el Dolby Surround y el Dolby Surroun d Pro-logic, que son e sencialmente ana-

lógicos, y el Dolby Surround Digital AC-3, que es totalmente digital, con seis cana-

les discretos. Este último está en plena expansión de su aplicación.

Esta enorme variedad de sistemas y métodos de grabación y reproducción de se-

ñales de audio musicales y vocales, influye en que la enseñanza del tema y el entre-

namiento del técnico, como así también la información para el comerciante y el

amante a la buena música, deben recorrer sendas nuevas para poder transmitir, a

cada uno, las nociones indispensables para allanar un camino co-rrecto entre tan-

tas variantes y "variaciones sobre el mismo tema", como diría acertadamente un

músico.

Ahora se agrega también el hecho de que el tema audio abarca no sólo un cau-

dal cuantitativo numeroso de medios, sino que comprende diferencias cualitativas

al reconocer tres sistemas, a saber: audio a secas, Hi-Fi y High End, cada uno con

particularidades bien definidas. Estas significan características diferentes en su

aplicación destinada a mercados distintos, como también en las especificaciones

técnicas y comerciales de cada una de las categorías, aspectos que influyen desde

luego, también en el costo de los respectivos equipos de audio.

El autor desea agradecer aquí a todas las empresas comerciales que han contri-buido al éxito de esta obra, al suministrar las características y especificaciones téc-

nicas y muchas de las ilustraciones que utilizamos en estas páginas. Este agradeci-

miento llega, desde luego, también a la Editorial Quark, a la Editorial Televisa y sus

directivos destacados, quienes no escatimaron esfuerzos para poder realizar esta

obra en los momentos difíciles que nos toca vivir. También dirigimos nuestro saludo

a los técnicos, estudiantes, aficionados, comerciantes y amantes de la buena músi-

ca grabada, quienes son en definitiva los destinatarios de este tratado y que espera-

mos disfruten de sus conceptos en sus respectivas áreas de actividad.

El autor

PREFACIO


PREFACIO

NOTA DE REDACCIÓN:Este es otro volumen de la serie: “Ediciones Especiales de SaberElectrónica” que se distribuye en todos los países de América de ha-

bla hispana; por este motivo encontrará términos (tales como cautín,

carro, checar, etc.) que pueden estar escritos en modo diferente (solda-

dor, automóvil, chequear, etc.). De la misma manera, encontrará frases

que no se ajustan a la forma de hablar en su localidad, sin embargo, ca-

da párrafo ha sido cuidadosamente revisado para que pueda ser inter-

pretado sin dificultad por los habitantes de las diferentes regiones.



LA SEÑAL DE AUDIO

1.1. Conceptos generales

El "leitmotiv" de todo equipo de audio es, desde luego, la señal de audio, que debeprocesar en las más variadas condiciones: amplificación, atenuación, captación, reproduc-ción, mezcla, selección, conversión analógica-digital y digital-analógica y muchas otras fun-ciones explícitas o implícitas más. Para evaluar entonces el comportamiento de un equipoo parte del mismo, es necesario establecer en primer término la naturaleza del sonido queda lugar a la generación de la señal de audio y, a su vez, puede ser transformado desde sucondición de señal eléctrica en manifestación acústica.

También en este caso es necesario analizar cuidadosamente todos los parámetrosinvolucrados, ya que el cerebro humano a través de los sentidos de la audición, del tactoy del habla, elabora las manifestaciones acústicas de acuerdo a propiedades fisiológicasbien definidas. Los límites normales de audición son generalmente aceptados como tonosde 20 a 20.000 hertz de frecuencia, si bien no todos los tonos son igualmente audibles para

todas las personas. El sexo masculino emite y escucha tonos más graves de frecuenciasbajas y el sexo femenino, tonos más agudos de frecuencias más altas. También la edadinfluye en la capacidad auditiva. La curva de la figura 1.1 ilustra los límites del umbral deaudición, establecidos como normativos.

1.2. La relación señal-ruido (S/N)Nuestro cerebro como órgano central de audio acepta con beneplácito sonidos vocales

y musicales como mensaje útil, pero rechaza, al mismo tiempo, las interferencias que seproducen en forma aleatoria y espúrea y, en general, todo lo que sea ajeno a este mensajeútil. Estas interferencias se designan genéricamente con el término "ruidos". El ruido puedetener muchos motivos y manifestaciones y en el presente tratado tendremos oportunidadde analizar este tema varias veces, pero queremos fijar desde ya el concepto de la relación

entre la señal útil y el ruido que la acompaña eventualmente. Esta relación señal-ruido, consu sigla en inglés S/N (signal to noise ratio), generalmente aceptada también en la literatu-ra técnica en castellano, es en realidad uno de los parámetros más importantes de todo sis-tema electrónico, tanto de audio como de video. Este pensamiento nos conduce a la eva-luación de sistemas bajo el punto de vista de la S/N. Aquí es donde los sistemas digitalessuperan ampliamente los sistemas analógicos. Mientras un equipo analógico requiere queuna señal de ruido no pase del 1% de la amplitud de la señal útil (una relación S/N de40dB), un equipo digital admite una señal de ruido cuya amplitud llegue al 17,85% de laamplitud de la señal útil (una relación S/N de 15dB). Estas cifras demuestran a las claras

que, en el importante aspecto de la relación S/N, los sistemas digitalesson muy superiores a los sistemas analógicos.

1.3. Sistemas analógicos y digitalesA estas consideraciones puramen te técnicas se oponen, sin embargo, lasrazones fisiológicas del ser humano arriba mencionadas. El ser humanoposee sentidos con características analógicas y ello implica que obli-gadamente los transductores de entrada y salida de un sistema de audioy que están en contacto con los sentidos humanos, deben ser analógi-cos. Los transductores de entrada son aq uéllos que transforman los men-sajes acústicos en eléctricos y los de salida son los que transforman lasseñales eléctricas en mensajes acústicos. En la figura 1.2 observamos unsistema básico que posee en la entrada un micrófono que recibe lossonidos que son aplicados a un conversor analógico-digital y a conti-

nuación elaborados en un procesador digital. A la salida del mismo son

LA SEÑAL DE AUDIO


CAPITULO 1

CAPITULO 1

Fig. 1.1



aplicados a un conversor digital-analógico, que finalmentelos destina a un parlante como transductor de salida. El par-lante transforma las señales eléctricas en acústicas.

1.4. Naturaleza de las ondas sonorasExiste una similitud y analogía muy estrecha entre mensajes acústicos y

señales eléctricas, si bien existen también importantes diferencias. En ambos sepueden distinguir características tales como frecuencia, fase, amplitud y con-tenido armónico, para nombrar sólo algunos de los más importantes. En la figu-ra 1.3 vemos una señal sinusoidal típica, que posee los parámetros recién men-cionados. Sin embargo, mientras que en las señales eléctricas se requieren con-ductores que pueden ser metálicos, fibras ópticas o en muchos caso simple-mente el espacio libre (con o sin aire), en la propagación de las ondas acústicasse requiere un medio elástico que puede ser gaseoso, líquido o sólido, peronunca puede ser un vacío total. La propagación más común en las comunica-ciones humanas por medios acústicos, se efectúa por el aire que se encuentra en el interi-or de nuestra garganta y que llega, después de ser emitido por la boca, a nuestros oídos,también inmersos en el aire que nos rodea, como medio elástico de transporte. Otra dife-rencia importante entre ondas acústicas y ondas e lectromagnéticas es la velocidad d e propa-gación. Mientras que en las segundas esta velocidad es de aproximadamente 300.000kilómetros por segundo, prácticamente independiente del medio de transporte, en lasondas acústicas, la velocidad de propagación es una función directa del medio en que seefectúa. En el aire seco, de 18°C, es de unos 342 metros por segundo (m/seg). En cambioen el agua de mar esta velocidad se eleva a 1.540 m/seg. En la Tabla 1.1 reproducimos lavelocidad del sonido en diferentes medio, expresada siempre en m/seg.

_______________________________________________________________________TABLA 1.1. Velocidad del sonido en diferentes medios

Medio Velocidad en m/ segAire seco a 18°C.......................................342Hidrógeno.................................................130Vapor saturado de agua...........................413Agua de mar ..........................................1.540Alcohol...................................................1.260Aluminio ................................................5.100Cobre......................................................3.970Acero.........................................4.700 a 5.200Vidrio ........................................4.000 a 5.300Bronce ....................................................3.650Madera ......................................3.300 a 5.000

Goma ..................................................50 a 70__________________________________________________

La velocidad finita del sonido permite la audición estereofónica y direccional, al eva-luar el cerebro las diminutas diferencias en el tiempo de llegada que existen entre ambosoídos, separado s sólo po r su distancia en la cabeza. Esta diferencia es suficiente para d etec-tar la dirección de donde llega el sonido. Los diferentes sistemas de sonido multicanal,como estereofonía, Dolby Surround, Dolby Surround Pro-logic, etc., que trataremos másadelante con todo detalle, están basados en esta característica del oído humano.

1.5. ReverberaciónLas diferentes características de velocidad de los medios elásticos de propagación

influyen también en la formación de ecos o efectos de reverberación. Si las ondas acústi-

EQUIPOS DE AUDIO MODERNOS


CADPROCESADOR

DIGITALCDA

Fig. 1.2

Fig. 1.3



cas encuentran en su trayecto obstáculos, pueden rebotar desde los mismos y regresar enparte a su lugar de origen. Como un eco recorre el camino dos veces, una vez de ida y otrade regreso, existe una d iferencia de tiempo entre ambas o ndas, la directa y la reflejada, conel consiguiente efecto de eco o reverberación.

Este efecto se produce en forma espontánea en la naturaleza. Todas las montañas del

mundo, desde los Alpes europeos hasta los Alpes neozelandeses poseen lugares escénicosque son visitados por los turistas para disfrutar del eco natural que exhiben.

El efecto de reverberación se presenta sin embargo, también en recintos cerrados conlos retardos típicos que se pueden observar en la figura 1.4. Como, además, el efecto enrecintos cerrados es regulable, vemos en la figura 1.5 unos 18 anillos de acrílico que pen-den sobre el escenario en una de las salas de la ópera de Sydney (Australia). Estos anillosson regulables en su altura y modifican así las características acústicas de la sala. En el casode la ópera de Sydney existen en la misma unos 26.400 metros cúbicos de aire, que otor-

gan a la misma un tiempo de reverberación de dos segundos.Recordamos que éste es el tiempo que la energía acústica de la músicatarda en envolver a la audiencia a través del aire como medio elástico.El efecto de reverberación natural o artificial especialmente notable enlos tonos de 250 a 4000 hertz. Como atractivo adicional de los anillosde acrílico, en función de reguladores de reverberación, debemosseñalar que se puede lograr efectos selectivos que privilegian a losinstrumentos de cuerdas, los de viento, de lengüetas o de percusión, otodos en conjunto, a voluntad del director de la orquesta sobre la cualpenden los anillos.

1.6. Tonos musicales y armónicasSi bien los sentidos humanos de la vocalización, del habla y de laescucha son innatos, sus características pueden ser alteradas por cos-tumbre, enseñanza o de otra manera. El niño "aprende" a hablar y una

cantante con registro de soprano "practica" para lograr el máximo gradode perfección en el "bell canto". Nuestro cerebro, nuevamente comosede central de todos nuestros sentidos, puede ser educado para apre-ciar expresiones vocales y musicales. En este proceso de educación haninfluido también diferentes culturas y civilizaciones que han privilegia-do diferentes formas musicales en diferentes épocas.

En música se usa e l término ton o p ara indicar una fre-cuencia de audio determinada. Este tono musicalpuede ser una onda sinusoidal pura o puede estaracompañado por sobretonos o armónicas. El conjun-to de frecuencia base y frecuencias armónicas pares oimpares altera la forma de o nda original, de sinusoidal

a otra forma diferente, como vemos en la figura 1.6.Cuando se agregan a la fundamental sólo armónicasimpares, la forma de onda resultante será del tipo deonda rectangular o cuadrada. Cuando se agregan sóloarmónicas pares, la forma de onda resultante seráparabólica y, finalmente, si se agregan a la funda-mental armónicas pares e impares, la forma de ondatotal será del tipo diente de sierra.El agregado de armónicas puede ser completamenteespontáneo y natural, como, por ejemplo, en el casode ciertos instrumentos musicales. Los instrumentosdel tipo de lengüetas y cuernos suelen producir ondas



CAPITULO 1

Fig. 1.4

Fig. 1.5



dientes de sierra, mientras que el clarinete produce generalmente ondas rectan-gulares, etc. Cada instrumento musical produce un conjunto de fundamentales yarmónicas que le dan su timbre característico. Si se eliminan estas armónicas típi-cas por medio de un filtro, el instrumento respectivo perdería su timbre. Por otraparte, la perfecta predecibilidad del contenido armónico es la base para la

creación de instrumentos musicales electrónicos con tonos sintéticos, que emulancualquier tipo de instrumento musical e incluso son capaces de sintetizar tonosque no existen en ningún instrumento musical. A veces se combina estos tonoscon efectos especiales, como el trémolo o el vibrato. El primero es el efecto deuna modulación de amplitud de muy pocos hertz sobre el tono fundamental y elsegundo, el vibrato, es una modulación de frecuencia de estos tonos. Los efectosde trémolo y vibrato son usados ampliamente en los órganos electrónicos queposeen, a veces, un teclado de 97 notas de 16 a 8.372 hertz. El piano normal abar-ca generalmente 88 notas, de 27,5 a 4.186 hertz. Más adelante ampliaremos estosconceptos. Lamentablemente, existen también otras fuentes de distorsiones queintroducen armónicas, pero en este caso ajenas a la pieza musical original.

Lamentablemente, existen también otras fuentes de distorsiones que introducen armóni-cas, pero en este caso ajenas a la pieza musical original. Hay casos típicos en amplificadoresde estado sólido en los cuales la mayoría de las distorsiones puede producir armónicasimpares. En los amplificadores a válvula, en cambio, la aparición de distorsiones p roducirácon preferencia armónicas pares. Muchos entendidos en música sostienen que esta carac-terística le brinda al sonido reproducido por amplificadores a válvula un timbre más suavey parejo al confundirse las armónicas pares con la fundamental original. En cambio, en losamplificadores de estado sólido se pueden producir efectos de recorte y saturación quepueden causar eventualmente un cansancio o molestia auditiva. Deseamos aclarar espe-cialmente que en ambos casos se trata de distorsiones de valores mínimos dentro de las to-lerancias de cada equipo. Si fueran superiores, obviamente constituirían un defecto al salirel equipo de especificaciones.

Las especificaciones en el rubro distorsiones mencionan el valor de THD (TotalHarmonic Distorsion = distorsión armón ica total), que es el valor máximo admitido en todoconcepto. Las notas musicales están organizadas, en la música occidental moderna, enoctavas de 12 semitonos que se distribuyen en forma equidistante y de tal manera, que unadeterminada nota musical posea, en la octava siguiente, una frecuencia igual al doble de lamisma nota de la octava anterior. Al existir entre ambas notas una relación de 2 a 1 igual a2, el factor con el cual debe multiplicarse la frecuencia de cada nota para llegar a la notasiguiente, es la doceava raíz de dos, ya que sólo así se cumple la premisa de que las docenotas de la octava se diferencian en la relación de 2 a 1. La doceava raíz de dos es igual a1,059463094, o escrito de otra manera, 12√2 = 1, 059463094.

La base de la música occidental moderna, se denomina escala bien templada y sus 12notas surgen de la Tabla 1.2. La octava ilustrada en esta Tabla es la octava central, pero en

total existen, en el rango musical de 20 a 20.000 hertz, unas 9 octavas. Las notas indicadasen esta Tabla están marcadas con su nomenclatura italiana, alemana y americana y se indi-ca también su frecuencia en hertz.

_________________________________________________________TABLA 1. 2.Las notas de la escala musical central

Nomenclatura FrecuenciaI ta l iano Alemán Americano H ertz He rtz

DO C C 440xf-9 262DO# C# C# 440xf-8 277RE D D 440xf-7 294



Fig. 1.6



RE# D# D3 440xf-6 311MI E E 440xf-5 330FA F F 440xf-4 349FA# F# F# 440xf-3 370SOL G G 440xf-2 392

SOL# G# G# 440xf-1 415LA A A 440xf0 440LA# A# A# 440xf1 466SI H B 440xf2 494DO' C' C' 440xf3 524______________________________________________

donde f = 1,05946 y LA es la nota dereferencia

En la figura 1.7 vemos el aspecto de unteclado de piano que contiene 88 notasy abarca, por lo tanto, más de 7 octavasde la escala musical bien templada.Asimismo se aprecia, en esta figura, elrango tonal de la voces humanas, tantofemeninas (contralto, mezzo-soprano ysoprano) como masculinas (bajo,barítono y tenor). Se observa tambiénel alcance musical de varios instrumen-tos musicales importantes. Se indicanlas frecuencias fundamentales y lasarmónicas. Finalmente se aprecia tam-bién la notación acostumbrada de las

diferentes notas de la escala musical.Si bien estos simples ejemplos no trans-formarán a nadie en un músico exper-to, creemos conveniente que todos losinteresados (técnicos, estudiantes, afi-cionados y comerciantes) posean losconocimientos básicos, necesarios parauna evaluación valedera de un equipode au dio bajo el punto de vista musical.

El sistema musical de los 12 semitonos está en vigencia en el mundo occidental desdeel siglo XVII. Anteriormente se usaban octavas de 5 y 7 notas y los antiguos griegos usa-ban un sistema musical de 21 notas. Los antiguos árabes usaban 17 notas y aún hoy exis-

ten sistemas musicales diferentes al occidental en algunos países de Oriente.Teóricamente, un sistema musical perfecto debería contener en opinión de algunos

musicólogos, 53 notas en cada octava, pero en este caso hipotético sería muy difícil ejecu-tar la música actual con los instrumentos musicales convencionales. De todas estas consi-deraciones surge una conclusión: cualquiera que sea el sistema musical en vigencia, esimprescindible tomarlo muy en cuenta, tanto en la composición de las piezas musicales,como en la ejecución de las mismas. El arte de la música es, en última instancia, nada másy nada menos, un concepto matemático, tan antiguo como la misma humanidad.

1.7. Potencia de salidaOtro de los parámetros que debemos tomar en cuenta en las especificaciones de

equipos de audio, es la potencia de salida que se puede producir en el equipo, con una



CAPITULO 1

Fig. 1.7



tolerancia determinada de la THD que vimos anteriormente. Se basa esta medición en elhecho de que, teóricamente al menos, las formas de onda de audio son básicamente sinu-soidales. Partiendo de esta premisa podemos expresar correctamente que la potencia deuna tensión alterna de forma sinusoidal, es su valor RMS al cuadrado, dividido por el valorde la resistencia de carga. Repetimos, teóricamente, esta fórmula de Prms = E2rms/Rc, nos

brinda aquella potencia alterna que, aplicada sobre los extremos de un resistor de carga,nos proporciona la misma potencia que una tensión continua del mismo valor, aplicadasobre la misma resistencia de carga. Esta potencia RMS, o potencia sinusoidal, es una indi-cación válida y aceptada por la mayoría de las marcas mundiales que fabrican equipos deaudio, siempre que esté acompañada por la indicación de la impedancia de carga (resisti-va) y el porcentaje de la THD que debemos obtener.

Sin embargo, en la práctica también nos encontramos, muchas veces, con otras indica-ciones sobre la potencia de salida de un equipo de audio. Nos referimos a los términosPotencia Musical de Cresta. La primera de ellas se debe al hecho de que, en efecto, la infor-mación de salida de un equipo de auido no es en realidad una señal sinusoidal pura, sinoque posee formas de onda complejas y aleatorias. Esto significa que la potencia no es medi-

da con una señal sinusoidal y la premisa de la equivalencia con una tensión continua en rigorde verdad no se cumple. Este concepto puede parecer razonable, pero la potencia obtenidaen estas condiciones de medición no es un valor fijo, si no se indica la grabación con la cualse efectúa.

En general, el valor de la Potencia Musical es mayor que el valor de la Potencia RMS. Estopuede prestarse a confusiones y no permite en realidad una comparación válida entre dife-rentes equipos. Con una medición a partir de señales sinusoidales, producidas por un gene-rador, esta incertidumbre desaparece. El tercer valor mencionado, finalmente, de la PotenciaMusical de Cresta, es sólo una expresión comercial que indica únicamente cuál es la poten-cia instantánea y transitoria que podemos elaborar con el equipo, pero no indica nada conrespecto a la potencia permanente y continua entregada por el equipo con su resistencia decarga y THD especificada. El valor numérico de la Potencia Musical de cresta es el más alto

de los tres mencionados y sólo tiende a confundir a los incautos, quienes creen tener unequipo con una potencia que en realidad no existe.

1.8. Normas de audioPara lograr un poco de orden y seriedad en las especificaciones de los equipos de audio

que ellos fabrican, muchos fabricantes refieren sus datos a normas internacionalmentereconocidas; lo que, desde luego, facilita también las exportaciones a todas partes delmundo. En este aspecto las normas más reconocidas y respetadas por los fabricantes entodo el mundo, son las normas alemanas DIN (Deutscher Industrie Normenausschuss =norma del comité de la industria alemana). Esto es perfectamente aceptable, ya que estasnormas, en especial la DIN 45500, son utilizadas en forma universal y son la base demuchas otras normas de otros países.

Otras normas de gran prestigio son también las normas norteamericanas EIA (ElectronicIndustries Association = asociación de las industrias electrónicas), especialmente la EIA RS-234, para medir la potencia de salida de equipos de audio y también las normas del IHF(Institute of High Fidelity = instituto de alta fidelidad) de los Estados Unidos, pero repeti-mos, las normas DIN son las más usadas en forma universal.

1.9. Equipos de audio para usos diversosPodemos distinguir tres grandes grupos de equipos de audio en cuanto a sus fines y

aplicaciones. Estos grupos son: A) equipos convencionales, B) equipos Hi-Fi y C) EquiposHigh End. A continuación indicamos sus respectivos campos de acción.

A) Equipos convencionales

En este tipo de equipos de audio se incluyen principalmente pequeños amplificadores





monoaurales y estereofónicos con una potencia menor a 6 watts, aproximadamente, y unaTHD mayor al 1%. La gama de frecuencias que abarcan es limitada generalmente al rangode unos 100 a 10.000Hz, con límites de -2dB, o más, en cada extremo. En esta categoríaentran también equipos de audiocasete y tocadiscos con especificaciones similares. Loslímites de WOW (lloro) y FLUTTER (trino) son generalmente mayores al 0,2% y la relación

S/N es del orden de los 40dB o menos.Los parlantes de estos equipos convencionales se encuentran muchas veces incorpora-

dos dentro de los mismos equipos, pero aún con baffles separados; si no cumplen con losdemás requisitos de la categoría Hi-Fi, que veremos más adelante, en este mismo capítulo,no pueden considerarse de alta fidelidad. Lo mismo se puede afirmar también con respec-to a la potencia de salida, ya que existe en el mercado una gran cantidad de equipos depotencia elevada, pero que no cumplen con otros requisitos exigidos por HI-Fi. Un casotípico son, por ejemplo, los equipos para disc-jockeys que se destacan generalmente por suelevada potencia de salida, a veces superior a los 100 a 250 watts de audio y una gran can-tidad de conectores de entrada para toda clase de reproductores de grabaciones (discos LP,discos CD, casete de audio, micrófono, etc.), pero que muchas veces poseen una cantidadde parámetros completamente ajenos al concepto Hi-Fi. Cuando se usan con los equiposde audio tocadiscos para LP, conviene recordar que en la categoría "convencional", sepuede encontrar pickups con un peso sobre el disco mayor a 2 gramos y con cifras deWOW, FLUTTER, RUMBLE y HUM muy elevadas y hasta molestas.

B) Equipos de audio Hi-Fi (de alta fidelidad)Las normas DIN45500 y varias otras especifican claramente los requisitos necesarios

para que un equipo de audio pueda considerarse de Hi-Fi. Algunos de los más significa-tivos se indican a continuación. Los equipos de HiFi deben tener amplificadores estere-ofónicos con una potencia de salida mayor a 2 x 6 watt y una THD igual o menor al 2%.La gama de frecuencias con una variación de ±1,5dB debe ser igual o mejor que 40 a 16.000hertz. La modulación cruzada debe ser igual o menor que el 3% y la relación señal-ruido

en 20 watt debe ser igual o menor que 50dB. La separación de canales en 1000 hertz debeser igual o mayor que 40dB y en la gama de 250 a 10.000 hertz debe ser igual o mejor que26dB. La sensibilidad de entrada de baja impedancia debe ser igual o menor que 5 milivolten 47 kilohm. La sensibilidad de entrada de alta impedancia debe ser igual o menor a 500milivolt en 470 kilohm.

Los parlantes deben estar ubicados en baffles separados y deben poseer los tipos dewoofer, squawker y tweeter necesarios para cumplir con los requisitos de respuesta de fre-cuencia arriba mencionados.

Cabe mencionar que, desde luego, también las secciones de sintonizadores y otras eta-pas del equipo de HiFi deben estar en concordancia con las normas generales de este sec-tor importante de audio. En la figura 1.8 vemos la ilustración de un típico amplificadorestereofónico de la marca Macintosh, modelo MC300, producido en 1996, que posee las

prestaciones propias del audio Hi-Fi modernos, como ser: amplificador de audio de doscanales de 300 watts de potencia por canal. Corriente de pico de la señal de audio de 85

amperes, distorsión armónica y de intermodulación menor al 0.005% y concargas de salida seleccionables de 2, 4 y 8 ohms. Se en cuentran en el equipodos instrumentos de aguja que permiten la lectura de la salida verdadera enwatts y amperes, independientes para cada canal. Los circuitos de entradapermiten la conexión de fuentes balanceadas y no balanceadas y se proveetambién un control de potencia del tipo por tensión continua.En la figura 1.9 vemos una unidad de control y sintonizador modelo MX130,también Macintosh que complementa el amplificador de la figura 1.8. Estereceptor de control posee control remoto y tiene incorporado decodifi-cadores de Dolby Surround Pro-Logic y permiten el agregado de un módu-



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Fig. 1.8



lo de THX-M de Macintosh que permite el procesamiento de la señal deacuerdo a las normas de l THX que veremos más adelante . El modelo MX130posee una impedancia de salida de 600 ohm y una respuesta de frecuenciade 20 a 20.000 hertz con una tolerancia menor al +0 y -0,5dB. La distorsiónarmónica y por intermodulación es menor al 0,005%. En FM posee una sen-

sibilidad de 11,25dBF y una distorsión en FM del 0,08% en 1.000 hertz. Ladistorsión en Am es del 0,5% como valor máximo con un modulación del30%. la relación S/N es de 50dB con una modulación del 30% y de 60dB conuna modulación del 100%. El sistema de control permite manejar el sin-tonizador, entradas de audio y otras señales diversas. Se observa que losequipos de Hi-Fi modernos son muy amplios en sus prestaciones, que muchas veces estánorientadas al Teatro del Hogar u otras aplicaciones sofisticadas.

Los diferentes ajustes de ecualización y reverberación que los equipos de Hi-Fi per-miten, pueden introducir en la música reproducida efectos muy interesantes y a vecesasombrosos, sobre todo en los equipos de Hi-Fi destinados a radio del automóvil que porsu naturaleza se desarrollan en ambientes muy ruidosos y de tamaño reducido. En la figu-ra 1.10 vemos algunos de los efectos que se pueden lograr con equipos de Hi-Fi paraautomóvil y que incluyen los siguientes: sala de concierto de dos variantes, una para músi-ca clásica y canto y la otra para conciertos en general, efecto de estadio dep ortivo, tambiénen dos variantes, especiales para conciertos en "vivo" y otra para música de grandes orqu es-tas. El efecto de "iglesia" con sus efectos de música sacra, el efecto de música de "disco"para música de baile y rock dinámico y el efecto de "live" para simular ambientes másreducidos, para solistas vocales e instrumentales. Los logros de esta elaboración de lasseñales de audio superan muchas veces los efectos de la música natural en vivo.

C) Equipos de High EndUn equipo es considerado High End cuando el equipo de audio cumpla, además de

todos los requisitos de la categoría Hi-Fi, algunos otros requisitos adicionales. Por lo pron-

to, todo lo que se dijo más arriba sobre Hi-Fi, también se aplica rigurosamente a la cate-goría High End, pero además se limita el concepto fuentes de audio sólo a aquéllas queposeen un tratamiento lineal de las señales, por ejemplo el DAT y el CD. No se aceptanaquellas fuentes o plataformas que introducen una compresión de la señal, como el DCC,el MK, el Dolby Surround Digital AC-3 y otros con compresión de señal. Se da, entonces,el caso de que el High End acepta el Dolby Surround Pro-logic, pero rechaza el DolbySurround Pro-logic Digital AC-3, como señalamos más arriba, que es, en realidad, laplataforma más reciente de todas, con sus seis canales discretos y separados de informa-ción de audio. En esta categoría de High End encontramos en la actualidad también algunosequipos con amplificadores de válvulas. Por ejemplo el equipo de la marca Silsonic que estáprep arado p ara reproducir CD y otras fuentes con Dolby Surround Pro-logic y se indica quesus características intrínsecas mejoran notablemente el sonido de los propios CD. En la actu-

alidad también existen modelos de combinaciones de reproductor de CD y amplificador aválvula que ha tenido mucho éxito cuando la marca Dynaco lo lanzó al mercado a princi-pios de 1996. Otro tema singular de la categoría High End que también afecta, en parte, losequipos de Hi-Fi en general, es el tema de los cables de conexión, especialmente aquéllosque conectan los parlantes al amplificador. Estas conexiones pueden llevar bajo ciertas cir-cunstancias corrientes de au diofrecuencias de 80 o más amperes como vimos anteriormentey, por lo tanto, es imprescindible usar los conductores adecuados a esta intensidad de cor-riente. Esto no sólo afecta el diámetro de dichos conductores, sino también su terminaciónsuperficial que, en muchos casos, incluye baños de oro u otros metales preciosos. Esto escomprensible y necesario y no es simplemente un slogan publicitario, como muchosopinan. En los equipos de Hi-Fi es un requisito importante, pero en los de High End essimplemente imprescindible.



Fig. 1.9



P LATAFOR MAS DE AUDIO,

ANALOGICAS Y DIGITALES

2.1. Listado de las plataformas a tratarEn la actualidad están en vigencia varias plataformas analógicas y digitales. Las analó-gicas son principalmente el disco de larga duración (LP) y el casete compacto de audio(CC). Entre las digitales encontramos el disco compacto (CD), el casete compacto digital deaudio (DCC), la cinta digital de audio (DAT), el minidisco (MD), el disco láser (LD) y eldisco digital de video (DVD) con su sonido digital Dolby AC-3.

Las dos analógicas mencionadas ya son bastante añejas, pero siguen en plena vigencia,motivo por el cual trataremos de resumir brevemente sus características más importantes.En cambio los medios digitales serán tratados con todo detalle.

2.2 Los discos de Larga Duración (LP)El disco Long Play (LP) de vinílico y con 33,33 revoluciones por minuto (RPM) fue uno

de los primeros medios de alta fidelidad Hi-Fi, en la década 1940-50. En 1948 la Columbiadio a conocer sus "LP record specifications", con lo cual se establecieron las normas prác-ticas, dimensionales y eléctricas, que siguen en vigencia aún hoy. Si bien la aparición delCD en el mercado ha reducido notablemente el uso y la fabricación del LP, el mismo siguedisfrutando del favor de muchos audiófilos. También se efectúan grabaciones nuevas yregrabaciones de títulos agotados, para deleite de una numerosa masa de fanáticos.

El rango de frecuencias más usado en la mayoría de las grabaciones recientes es delorden de 30 a 10.000 hertz, pero grabaciones LP más antiguas abarcan sólo 50 a 8000 hertz,aproximadamente. La grabación en los surcos del LP se efectúa en las paredes laterales ypara su correcta reproducción se requieren púas y pick-ups adecuados, con un peso delorden de los 2 gramos. Las dimensiones de surco y púa de unos 3 milésimos de pulgada(0,0762 mm) y un ángulo de cerca de 40 grados. Algunas púas suelen tener una punta más

reducida de 2 milésimas de pulgada (0,05 mm), pero su uso está limitado a grabaciones defecha reciente. Los límites de la velocidad normal de 33,33 RPM son de ±0,5% en redes de50 hertz y de ±0,3% en redes de 60 hertz, de acuerdo a las normas NAB (NationalAssociation of Broadcasters). El ruido producido por la púa sobre la superficie del disco LPes del orden de los 56dB por debajo del nivel máximo de grabación. Esto es aceptable enmedios analógicos, pero este nivel sólo se logra con la reproducción de sonidos fuertes de

cierto volumen. Con pasajes de muy bajo volumen, el nivel de ruido puede eventual-mente ser objetable. Esto limita desde luego el rango dinámico de las grabaciones endiscos LP. Además e l nivel de ruido au menta con el desgaste por uso de discos y púas.Se comprueba que el ruido de superficie de un disco LP de vinílico aumenta en 2dBdespués de 200 pasadas de los microsurcos.El diámetro normalizado d el LP es de 12 pu lgadas (30 cm). La imped ancia de salida

de un reproductor de discos depende del tipo d e pick-up usado y es del orden de 0,5Megohm o más en pick-up de cerámica o cristal y del orden de 0,5 Megaohm o másen pick-up electromagnéticos. Este aspecto es muy importante para una correctaconexión del tocadisco al amplificador. Se observa que un tipo de pick-up requiereuna impedancia alta y el otro, una impedancia baja. En la figura 2.2 vemos un tocadis-

co moderno de la marca Wilson Benesch con un brazo de pick-up de fibra de carbón quereúne gran solidez y estabilidad mecánica combinadas con muy bajo peso.

La velocidad constante del disco LP de 33,33 RPM, implica que la longitud de onda delas frecuencias grabadas en el surco externo de 292 milímetros de diámetro sea diferentea la que corresponde al último surco interno de só lo 96 mm de diámetro. En el primer casola velocidad de transporte v es de v = d x 60/33,33 = 1651 mm/seg. y en el último caso esde 542,9 mm/seg., asumiendo e l diámetro del surco externo en 292 mm y el del surco inter-

PLATAFORMAS DE AUDIO ANALOGICAS Y DIGITALES


CAPITULO 2

CAPITULO 2

Fig. 2.1

Fig. 2.2



no en 96 mm. Estas cifras nos dan una longitud de onda de 342 mmen el aire con su velocidad de 342 m/seg. y una frecuencia de1000Hz, mientras que esta misma frecuencia tiene en el surco exter-no una longitud de onda de 1,65 mm y en el surco interior tiene unalongitud de onda de 0,54 mm. Esta diferencia se debe a la velocidad

constante del LP con surcos de diferente diámetro y longitud.Además de la velocidad de transporte del disco, con respecto a

la púa existe también un movimiento lateral de la misma que es pro-porcional a la frecuencia grabada, si se mantiene constante la ampli-tud de la excursión con una potencia de salida constante. Como estemétodo sólo es aconsejable para frecuencias bajas, se recurre a unproceso combinado de amplitud constante y velocidad constante. Enesta última la amplitud de cresta del movimiento es p roporcional a lafrecuencia grabada. La frecuencia de cruce entre ambos sistemas esdel orden de los 500Hz. Para ecualizar la reproducción, se introducedurante la grabación un pre-énfasis de las frecuencias altas y un des-énfasis durante la reproducción. Un disco LP grabado e n estas condiciones permite un tiem-po máximo de grabación/reproducción del orden de los 25 a 30 minutos por lado.

2.3. Los casetes compactos de audio (CC)Si bien la grabación en cintas magnéticas es conocida desde hace mucho tiempo, para

los fines de la grabación sonora, recién alrededor de 1960 creó Philips el casette compactode audio (CC), cuyo aspecto se observa en la figura 2.3. Las dimensiones del CC son 100,4x63, 8x12 mm y este casete contiene una cinta magnética de 3,78 mm de ancho que estransportado a una velocidad de 4,76 cm/seg. El ancho de la cinta permite la grabación de4 pistas de 0,7 mm de ancho, cada una, y su recorrido se efectúa en ambas direcciones. Encada pasada se usan dos pistas para poder grabar señales estereofónicas. Debido a esta dis-tribución de las pistas, un casete de 45 minutos de duración se graba con un total de 90

minutos de música en su recorrido completo. Este casete de 90 minutos (45 + 45 minutos)es uno de los más pop ulares, pero también existen casetes de 30, 60 y 120 minutos de tiem-po total. El material de base de la cinta magnética es de poliéster del tipo del polietilenoteraftálgico (PET), con un espesor nominal normal de 25,4µm (micrometros). El espesor dela cinta de 120 minutos es, sin embargo, menor y no es muy recomendable para un usofrecuente.

El recubrimiento magnético de la cinta puede ser uno entre tres tipos:

I - Oxidos férricos del tipo Fe2O3,II - Dióxido de cromo CrO2 yIII - Metálicos de hierro puro.Como la composición química de los productos usados en cada recubrimiento es dife-

rente, también existen importantes diferencias en sus características magnéticas. No todaslas cintas son aptas para todo tipo de grabador de casete. Se requieren diferentes tipos deenergía magnetizante, de bo rrado y de polarización previa. Para este último requ isito se usauna señal continua de alta frecuencia de unos 60 a 80kHz. Las cintas del tipo I de óxidosférricos pueden usarse en todos los equipos que no tienen leyendas específicas al respec-to. En cambio, los equipos para el tipo II de cromo, llevan expresamente una leyenda alu-siva. Los del tipo de metal puro son los más delicados y sólo pueden usarse cuando especi-fican expresamente METAL COMPATIBLE. En otros equipos se pueden usar las cintasmetálicas de la categoría IV en la posición d e cromo, pero sólo para reproducción y no paragrabación.

Conviene an alizar el motivo de la diferencia de l comportamiento en tre cintas de óxidos,tanto férricos como de cromo, y las cintas de metal puro. En la figura 2.4 vemos el aspec-



Fig. 2.3



to de la distribución molecular en la capa magnética deambos tipos de cinta. Se aprecia que el espacio disponibleestá cubierto en las cintas de óxidos por moléculas de metaly de oxígeno. En cambio en las capas magnéticas de metalpuro, sólo se encuentran las partículas metálicas, con el con-

siguiente aumento de la densidad magnética. Si bien estorequiere diferentes condiciones de magnetización, tambiénbrindan mejores resultados en la reproducción del materialgrabado. En la fig. 2.4.B vemos los 3 tipos de CC.La calidad de reproducción de los casetes CC es superior envarios aspectos al LP, sobre todo al desaparecer el ruido depúa y en muchos casos puede mejorar aun más con sistemasde reducción de ruido (Noise Reduction = NR) de Dolby.El principio de los sistemas Dolby de NR es que son comple-

mentarios. Esto significa que en la grabación se introduce una expansión de la señal deaudio en el rango superior a los 5000Hz, aproximadamente y en la reproducción se intro-duce una compresión complementaria que devuelve a la señal su nivel de respuesta origi-nal, pero reduce el ruido. En los circuitos integrados típicos para esta función se logra enel modo de grabación una S/N de 72dB y, en el modo de reproducción, una S/N de 82dB.Existen varios tipos de Dolby NR, siendo el Dolby A típico para películas cinematográficasy los Dolby B y C, indicados para cintas magnéticas y recepción de señales de FM.

En la figura 2.5 podemos apreciar el modus operandi del Dolby NR con mayor detalle.En la parte A de la figura vemos que la señal de audio E posee un nivel plano durante lagrabación, pero al agregarse durante la reproducción el ruido propio del proceso, larelación S/N desmejora. En la parte B de la figura 2.5 vemos el agregado del proceso Dolbyque introduce la expansión en la parte superior de la gama de frecuencias de la señal.También en este caso se agrega, desde luego, el ruido propio del proceso, pero al pro-ducirse la compresión de la señal, ésta vuelve simplemente a su nivel original, debido al

carácter comp lementario d el Dolby. Como la compresión a fecta también al ruido, el mismoque no pasó por la etapa de expansión, se reduce notablemente con los valores ya indica-dos. El resultado final es una señal con una S/N muy superior a la original. Se observa estotambién en el diagrama de la figura 2.5.B. Lógicamente, el proceso de NR de Dolby debecomenzar en la grabación, motivo por el cual existen muchos equipos que producen esteefecto y el usuario puede marcar su introducción sobre el mismo casete. A su vez, loscasetes comerciales pregrabados, poseen esta indicación de fábrica. En la figura 2.6 vemosun casete CC con una indicación de NR en su etiqueta. Esto permite marcar en el mismocasete si se introduce o no, la NR. La diferencia principal entre Dolby B y C es su respues-

ta de frecuencia, que es más plana en el modo B queen el C. Ambos son, sin embargo, compatibles conequipos que no poseen Dolby, pero se manifiesta en

este caso una ligera reducción en la respuesta deagudos en los casetes grabados con NR y reproduci-dos en equipos sin NR.Bajo el punto de vista constructivo de los equipos,cabe recordar que existen en el mercado numerososcircuitos integrados que incluyen en la misma cápsu-la sistemas Dolby completos para dolby B y C, conconmutación automática, con dos canales indepen-dientes para estéreo y con conmutación para grabary reproducir.La introducción de los circuitos integrados de la com-pensación Dolby agrega apenas un 0,1% de desme-



CAPITULO 2

Fig. 2.4

Fig. 2.5



jora en la relación S/ N. En algun os equipos de audio dereciente diseño se encuentra también un tercer tipo de NR,el Dolby S que abarca una gama de frecuencias mayor quelos tipos B y C. El Dolby S actúa también en las frecuenciasbajas donde el Dolby B y el Dolby C no actúan. Tal es así

que en el Dolby S se agrega una reducción del ruido de10dB en las frecuencias bajas y, en general, posee unareducción el ruido (NR) máxima de 24dB. En la figura 2.7vemos una comparación relativa entre las curvas de respues-ta de NR para Dolby B, C y S.

Como en todos los equipos de grabación magnética deaudio y video, existe también en los grabadores de CC laposibilidad de una magnetización indebida y perjudicial,causada p or campos magnéticos externos. Para eliminar esteefecto nocivo se puede recurrir al uso de un desmagneti-zador de cabezas, como el que se observa en la figura 2.8. También existenpara este fin casetes especiales con un desmagnetizador incorporado. Serecomienda efectuar una desmagnetización cada 50 horas de uso d el grabador.

Otro problema muy frecuente en los grabadores de casete es la acumu-lación de suciedad, a veces producida por el desprendimiento de pequeñaspartículas de los mismos casetes introducidos en el grabador. Esto afecta espe-cialmente a las cabezas magnéticas y también al resto del recorrido de la cintamagnética con sus ejes y rodillos. Se recomienda una limpieza cada 10 horasde funcionamiento, aproximadamente, usando para este fin un hisopo empa-pado ligeramente en alcohol isopropílico o un casete limpiacabezas, como elque vemos en la figura 2.9.

Muchos modelos de pasacasetes poseen en la actualidad una prestaciónmuy interesante, el autoreverse (autorreversa), que se puede aplicar en grabación y en

reproducción. Esta reversión automática de la marcha permite el recorrido de amboslados del casete, sin necesidad de sacarlo del grabador. En estos equipos existen dosrodillos impulsores con sus respectivos capstans (ejes impulsores) que permiten elavance de la cinta en ambas direcciones. Además es, desde luego, indispensable queexistan también las cabezas magnéticas adecuadas, ya que en un caso se graban oreproducen las dos pistas superiores y en el otro caso las dos pistas inferiores. En lafigura 2.10 vemos el aspecto de cabezal para autoreverse que abarca en su ancho todoel ancho de la cinta de 3,8 mm y no sólo la mitad, como en los cabezales convencionalesde dos pistas. Al llegar al final de un recorrido, la presión de la cinta detenida momen-táneamente, en los equipos más antiguos, o el detector de fin de cinta en los equipos mo-dernos, activan la marcha inversa y efectúa también al mismo tiempo la conmutación decabezas.

El detector de fin de cinta es un dispositivo que funciona en base a las diferentes ca-racterísticas ópticas de la cinta magnética dentro del casete. La parte cubierta con la capamagnética posee un determinado grado de opacidad o transparencia, mientras que alcomienzo y al final de la cinta esta opacidad es diferente. Muchos casetes poseen un"leader" (guía) transparente, otros lo tienen de un color distinto del de la parte activa de lacinta. Lo importante no es el color en sí, sino la diferencia de transparencia u opacidad deambos sectores. En la figura 2.11 vemos un circuito de detector de fin de cinta típico queposee un sensor en base a un led (diodo fotoemisivo) y un fototransistor que activan uncircuito detector de tal manera que pueda activar otras secciones, p or ejemplo: la detenciónde la cinta, el autoreverse (autorreversa), la conmutación de cabezas, etc.

El detector funciona en base a dos estados lógicos: con la salida constante de la cintaen marcha, el circuito está en H (High) equivalente a un uno binario y con la presencia de



Fig. 2.6

Fig. 2.8

Fig. 2.9

Fig. 2.7



la cinta leader se transforma en L (Low) igual a un cero binario. Más adelante profun-dizaremos estos conceptos.

Otra característica de los casetes, las lengüetas de protección contra el borrado oregrabación accidental, son ampliamente conocidos. Los casetes donde se eliminan una olas dos de estas lengüetas, sólo pueden ser reproducidos, pero no regrabados.

Algunos equipos poseen doble casetera para poder efectuar el copiado directo de uncasete a otro dentro de la misma máquina. En estos equipos suele usarse sólo uno de losmecanismos para grabar y reproducir. El otro es usable sólo para la reproducción. Muchosde estos equipos efectúan el copiado en doble velocidad (copiado rápido), lo que facilita

y acelera esta operación enforma notable. La calidad tonalno es afectada en forma signi-ficativa y desde luego, la repro-ducción del casete copiado serealiza con la velocidadreglamentaria.En los últimos años también sehan introducido, en algunosmodelos de grabador de casete,otras prestaciones que segura-mente fueron inspiradas por losreproductores de CD que cono-

ceremos más adelante. En el grabador de casete se usan las siguientes funciones: SCAN-AND-PLAY y RANDOM-MEMORY-PLAY, que en algunos modelos poseen diferentes desig-naciones, pero cumplen las siguientes funciones. La función scan-and-play significa "explo-rar y reproducir" y se efectúa de esta manera: se necesita un casete grabado con la carac-terística que introduce un intervalo silencioso de 3 segundos entre cada trozo de músicagrabada. Esto permite después explorar la cinta y reproducir los primeros 10 segundos de

cada intervalo musical. Con ello se facilita la búsqueda de una determinada pieza musicalen pocos segundos. Si queremos usar entonces esta pieza musical en la reproducción, seactiva una tecla de memoria, con lo cual el reproductor de casete reconoce el lugar dondeestá grabada esta pieza (segundo, tercero, etc., por ejemplo). Al terminar el recorridoqued an registradas las piezas seleccionadas. Se rebobina y se reproduce las piezas marcadasen forma automática en el orden que fueron grabadas.

Aquí entra a jugar la prestación de random-memory-play, que significa "reproduccióncon memoria aleatoria". En esta variante se puede alterar el orden de las piezas marcadasen la memoria y en lugar de reproducir 1, 2, 3, etc., se puede ordenar la ejecución de 8, 3,7, etc. El equipo se encarga de ejecutar esta orden en forma automática. Para lograr estasprestaciones es necesario disponer de un equipo con procesadores digitales, tipo µP, auncuando la música sea grabada en forma analógica. Esta unión de técnicas digitales y analó-

gicas la vamos encontrar con mucha frecuencia en los equipos de audio modernos. En lafigura 2.12 vemos el aspecto de un equipo de estas características, el modelo CT-W79 de lalínea Elite de Pioneer que posee éstas y muchas otras funciones de última generación. Estetipo de equipo posee generalmente también displays iluminados que indican en forma

visual las prestaciones que se están realizando.Muchos grabadores portátiles para audiocaseteposeen micrófonos incorporados para posibilitar lagrabación de programa propios.

2.4. Conceptos básicos de la Técnica DigitalHabiendo terminado en grandes rasgos la descrip-ción de algunos equipos analógicos de audio, nos

encontramos ante la necesidad de entrar en el análi-



CAPITULO 2

Fig. 2.10

Fig. 2.11

Fig. 2.12



sis de los equipos digitales de audio. Esto es un paso muy importante, tal vez de mayorimportancia que la transición de equipos de válvulas a equipos de estado sólido. En estepaso trascendental, visto bajo la luz de la historia, simplemente cambiamos una "caja negra"grande y caliente, por otra más pequeña y fría. El contenido de estas cajas, sin embargo,no cambió en forma significativa. En cambio, en la transición de analógico a digital, el

aspecto y tamaño de los equipos se modificaron poco, pero su contenido electrónico semodificó en forma sustancial.

Por otra parte, ya hicimos en el presente tratado alusiones repetidas a las técnicas digi-tales e incluso encontramos en los equipos analógicos modernos, etapas digitales para elprocesamiento de señales analógicas de audio o para el eficiente cumplimiento de presta-ciones auxiliares. En primer término, debemos recordar que las señales digitales y sus eta-pas de procesamiento no son precisamente una novedad en la historia de la ciencia en ge-neral y de la electrónica en particular, afirmación que ilustraremos a continuación.

La base de todo proceso digital, de computación y de otras disciplinas, es el sistemanumérico binario, que sólo reconoce dos magnitudes: el "1" y el "0". El inventor de este sis-tema numérico fue el científico alemán Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716), quien lo creó

en 1673. Otro matemático que se ocupó de los números binarios y las leyes que los go-biernan fue el científico británico George Boole (1815-1864). El Algebra de Boole lleva sunombre. También en la aplicación de la técnica digital existen antecedentes, la primeracompuerta lógica AND (Y) fue creada por el Mayor Edwin H. Armstrong (1890-1954), inves-tigador norteamericano, quien en 1918 desarrolló e l superheterod ino. Este dispositivo, ana-lizado bajo el punto de vista de la electrónica moderna, posee en la etapa conversora elprimer circuito implícito de la compuerta lógica mencionada.

El científico norteamericano Harry Nyquist creó en 1933 el "criterio de Nyquist" queestablece la relación entre una frecuencia de mu estreo y la frecuencia a mue strear, al expre-sar que la primera debe ser igual o mayor que el doble de la segunda (Fs ∆ 2 . Fmáx.).

Se observa que algunos conceptos de la técnicas digitales ya existían y eran conocidosmucho antes de crearse los primeros equipos digitales. Conviene recordar también que la

primera computadora electrónica del mundo, ENIAC, se construyó en 1946 con 19.000válvulas electrónicas. El transistor y los demás semiconductores, que son la base de la com-putación electrónica actual, fueron inventados en 1947 y llegaron a su auge muchos añosdespués.

Con estos antecedentes históricos, no nos debemos sorprender del avance vertiginosoque tuvieron las técnicas digitales con el advenimiento de los circuitos integrados MOS-LSI(Metal Oxide Semiconductor-Large Scale Integration).

El primer paso en los equipos digitales que deben funcionar con señales analógicas, esla conversión analógico-digital. Esta conversión se basa en el muestreo de las señalesanalógicas para evaluar debidamente su frecuencia, su amplitud y su fase y trasladar estosparámetros al do minio digital. Basándonos en el criterio de Nyquist, vemos cómo cualquier

señal de audio puede analizarse por "partes", cada una de los cuales constituye una mues-tra que junto con las demás muestras, permite reconstruir nuevamente la forma de ondaoriginal.

El proceso ilustrado se comp one de varias etapas. La primera muestra la forma de ondacompleja que deseamos muestrear. El segundo paso es la aplicación de pulsos de muestreocon lo cual obtenemos diferentes amplitudes de acuerdo a las características instantáneasde la señal a muestrear en el momento de aplicarse el pulso de muestreo. En el tercer pasoretenemos la amplitud de cada pulso de muestra individual hasta la llegada del pulso demuestreo siguiente.

Este proceso se denomina "muestreo y retención" = sample and hold, y su resultado esuna serie de valores que corresponden a la frecuencia, fase y amplitud de la señal analó-gica y los que deben ser transformados en números binarios para poder entrar al proce-

sador digital.





El muestreo debe efectuarse con absolutaregularidad y para ello es necesario que lospulsos del mismo provengan de una fuentecon exactitud de cristal. El generador quese usa para este fin se denomina "clock"

(reloj). El término clock es inglés pero seha incorporado también al idioma caste-llano para designar el generador de pulsosde todo sistema digital. En la figura 2.14

vemos el clock ubicado en el circuito del procesador digital.Para llegar ahora al siguiente paso de la "digitalización" o "cuantificación", se designa

un valor digital a cada muestra, por ejemplo, los valores analógicos decimales 2, 3, 4, etc.,se transforman en los valores binarios 0010, 0011, 0100, 00101, etc. Como se sabe, en el sis-tema binario se usan sólo las potencias de 2. Su posición indica el valor del exponente depotencia, contando de derecha a izquierda y la indicación "0" o "1" indica si está presenteo no . En el número binario 0011, marcado recién, tenemos cero 23, cero 22, un 21 y un20, quiere decir: 2 + 1= 3. La indicación 1.110 en escala binaria significa en escala decimal:1x23 + 1x22 + 1x20= 8 + 4 + 2 + 0= 14. 1.111 en binario, es 15 en decimal. Cada posiciónes un dígito binario, llamado abreviado BIT. En el sistema digital usado en el disco com-pacto CD, se usan 16 bits, lo que resulta en un valor máximo de 216 = 65.536.

Esta es la cantidad de valores que puede adquirir cada bit en una "palabra" digital de16 bits. El dígito binario que se encuentra a la izquierda de la palabra binaria, es el "bit mássignificativo" (216 = 65.536) y el que se encuentra a la derecha es el "bit menos significati-vo" (20 = 1).

Las muestras obtenidas por el muestreo se deben realizar con un clock cuya frecuenciadebe ser mayor que el doble de la frecuencia máxima a muestrear, de acuerdo al criteriode Nyquist. En un sistema de 20.000 hertz como frecuencia máxima, el valor de 44,1kHzcomo frecuencia de muestreo se ajusta a este criterio y es usado en el CD. En otras platafor-

mas digitales se usan valores diferentes que se observan en la Tabla 2.1. En la Tabla hemosincluido varias alternativas, tanto de sistemas lineales, donde a cada bit de la señal originalcorresponde un bit de la señal grabada o transmitida, como también en aquéllos donde seefectúa una compresión de señales. Estos conceptos serán ampliados más adelante.

_______________________________________________________________TABLA 2.1 Dife rentes valores de la frecuencia de muestreo

Se rvicio F rec. de muestre o F re c. máxima Tip o de sistema

CD (disco) 44,1kHz 20kHz linealDAT (cinta) 48kHz 22kHz lineal

44,1kHz 20kHz lineal

32kHz 15kHz linealDCC (cinta) 48kHz 22kHz con compresión

44,1kHz 20kHz con compresión32kHz 15kHz con compresión

MD (disco) 4,1kHz 20kHz con compresiónNICAM (TV) 32kHz 15kHz con compresiónAC-3 (disco y TV) 48kHz 22kHz con compresión______________________________________________________________

Recordamos a nuestros lectores que, por ahora, los sistemas con compresión de señal(no lineales), son rechazados por los adeptos al audio High End, al menos en momentosde redactar este texto.

La longitud de las "palabras" digitales es finita, por ejemplo: de 16 bits en el CD y mayor



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Fig. 2.14



o menor en otras plataformas. Por este motivo la cuantificación sólo se aproxima al valorreal exacto de cada muestra y no es necesariamente idéntico al mismo. Esta pequeña dife-rencia es imperceptible para el oído humano, pero introduce en la señal una componentede ruido, llamado "ruido de cuantificación". Este ruido no estaba presente en la señalanalógica original y se trata de eliminarlo. Uno de los métodos para este fin es el incre-

mento de la cantidad de bits, por ejemplo de 16 a 20 bits. Esto, sin embargo, es muy cos-toso y se usa solamente en equipos de punta. Otro método está basado en la predictibili-dad de los sistemas digitales, en los cuales se puede conocer perfectamente el monto delruido que se va a generar con un a cierta cantidad de bits. Para contrarrestar este efecto, seagrega en algunos modelos, antes de la cuantificción, una señal adicional, llamada dither(temblor), que al ser procesada junto con la señal principal compensa el ruido de cuantifi-cación. Usando una analogía con otros procesos similares, podemos considerar el dithercomo una polarización previa, similar a la señal de alta frecuencia que se usa como biasa-do para mejorar la relación S/N y la distorsión armónica. En las cintas magnéticas el biasa-do de alta frecuencia es obligatorio, en cambio la aplicación del dither es sólo optativo.

La señal digital debe ser codificada de acuerdo a ciertas normas. Este proceso es nece-sario para lograr un ordenamiento total de la información digital. Con ello logramos unaidentificación no sólo de la información de audio propiamente dicha, sino tamibén de suubicación sobre el disco o la cinta magnética que se usan como soporte. Para lograr estepropósito se agregan a los bits de audio las informaciones auxiliares para la identificaciónde cada pista, del comienzo y final de cada pieza musical grabada o segmento de la mismay otras informaciones que contribuyen a la compatibilización de los discos y reproductoresproducidos por diferentes fabricantes. En un CD sólo el 40% o menos de la cantidad totalde los bits grabados, corresponden a la información de audio propiamente dicha. El restocumple funciones de sincronización, modulación, paridad, corrección de errores y otros.

Estas funciones son , desde luego, indispensables para una correcta reproducción del CDen todos los aspectos. Todo CD contiene, al comienzo de su recorrido, en el centro deldisco, un índice que se denomina TOC = Table Of Contents, que informa al reproductor

del CD cuántos capítulos o segmentos posee, la duración de cada uno de ellos y la duracióntotal y otros datos. Esta característica es, a su vez, la clave para una búsqueda rápida decada segmento del disco, que es una de las prestaciones sobresalientes del CD y de otrosmedios digitales. Con medios analógicos no se logra generalmente este tipo de perfor-mance. Debemos recordar un detalle de las grabaciones del CD. El comienzo de lagrabación del mismo está en el centro y el final está en el borde externo. Recordermos queen los discos LP esta situación es a la inversa.

En todo procesador digital existe una relación muy estrecha entre la frecuencia de laseñal de muestreo y la señal de audio. Para evitar interacciones nocivas entre ambas señaleses necesario introducir un filtrado muy cuidadoso. En el conversor analógico-digital debeevitarse que la frecuencia máxima de audio pase del límiteestablecido, por ejemplo, de 20kHz en el CD. Si el filtrado

no es correcto, pueden producirse señales indeseadas, pro-ducidas por el batido entre la frecuencia de muestreo y lafrecuencia de audio. Estas señales espúreas se conocen conel nombre de aliasing (aliasado) o seudónimo y se usan fil-tros de antialiasado para eliminarlos o evitar que se produz-can. Estos filtros se pueden introducir en la parte analógicapara limitar el rango de audio en forma abrupta. En otroscasos, se puede recurrir al sobremuestreo, para lograr queeventuales señales "falsas" caigan fuera del rango audible.Ambos sistemas se usan, a veces, en forma combinada para evi-tar que el sonido de los CD tenga una sensación de dureza quealgunos audiófilos consideran existentes en la música digital.



Fig. 2.15



Contribuye a esta situación también otro defecto que se puede presentar en los con-versores analógico-digitales y que son los llamados errores de apertura. Este problema sepresenta por el retardo que se experimenta en el circuito de muestreo y retención, parareconocer el nivel de cada una de las muestras obtenidas, y en la retención de esta mues-tra que también debería ser instantánea, hasta que se repita el proceso con la muestra si-

guiente. Sucede, sin embargo, que se tarda un cierto tiempo en cargar el capacitor respon-sable de la retención y a este tiempo se llama "Tiempo de Apertura". Como el tiempo nece-sario, para que se establezca un nuevo valor de la carga almacenada por dicho capacitor,depende de la intensidad del cambio que se produzca en el nivel de amplitud de dos mues-tras sucesivas, el tiempo de apertura variará en función de la velocidad de cambio del nivelde la señal muestreada, siendo más elevado en las señales de frecuencia más alta y mayoramplitud. Por otra parte, el momento en que se inicia el proceso de muestreo, es decir: elinstante en que se abre la ventana de muestreo, tampoco está definido de una manera exac-ta. A esta incertidumbre se llama jitter o "temblor". Dicho de otra manera, la falta de pre-cisión en el sincronismo del proceso de muestreo puede provocar errores de amplitud enseñales sometidas a cambios rápidos, como las que se encuentran en algunas interpreta-ciones musicales. Dichos errores tienen que ver con el tiempo de apertura, con la incer-tidumbre en dicho tiempo y con el "jitter".

El resultado acumulado de estos fenómenos se plasma en la eventual aparición de dis-torsiones en la señal muestreada, que crecen en función de la frecuencia. En la figura 2.15se observa una ilustración de esta situación.

Para tener una idea más concreta sobre la ubicación circuital de las etapas mencionadas,observamos, en la figura 2.16, el aspecto del esquema en bloques de un equipo paragrabación a partir de fuentes estereofónicas analógicas. Se observan las entradas de audioanalógicas de izquierda y derecha que conducen a sendas etapas de amplificación de línea(1). En este punto se agrega, a las señales analógicas, la señal de dither (2) que permitereducir el ruido de cuantificación. A continuación se ubican los filtros de antialiasado (3) ofiltros de seudónimos, como las llama una parte de la literatura técnica en español. A con-

tinuación se cumple el primer paso de la digitalización mediante lo circuitos de sample andhold (4) y estas señales se conducen al conversor analógico-digital (5) con sus circuitos decuantificación. Ambas señales, de canal de izquierda y de canal de derecha, idénticamenteprocesados, llegan ahora a un circuito de multiplexado (6), donde las señales de cada canalson colocados en serie para obtener un único flujo de bits. Como las unidades de bits decada canal se suceden en un ritmo de 136µs por cada frame o cuadro, la información deizquierda y derecha es prácticamente simultánea para el oído humano y brinda una sepa-ración de canales del orden de los 100dB, debida a las etapas analógicas. Un frame es elbloque de señales más pequeño que el reproductor del CD maneja en cada momento ycontiene unos 588 bits. Un CD puede contener unos 34 millones de frames en una duración

de 74 minutos. Una vezmultiplexadas las señales,

las mismas son sometidasa un proceso de correc-ción de errores (7) y a lamodulación (8) medianteun modulador del tipoPCM (Pulse CodeModulation). El esquemade la figura 2.16 corres-ponde a la grabación.En la figura 2.17 vemos elesquema en bloques quecorresponde a la repro-



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Fig. 2.16



ducción. En este esquema en bloques, las etapas son similares a las usadas en el procesoinverso, destacándose, sin embargo, el conversor digital-analógico (9) que debe mos analizarmás a fondo debido a que este bloque es el que más desarrollos y mejoras ha tenido enlos últimos años y que además es un circuito que se encuentra en todos los reproductoresde CD y también en otros equipos digitales.

En el proceso de la conversión digital-analógica nos encontramos nuevamente con laposibilidad de la generación de señales espúreas. En la figura 2.18 vemos en la parte supe-rior cómo se presenta más allá de la frecuencia de la señal de audio de 20kHz la frecuen-cia de muestreo de 44,1kHz y las armónicas siguientes de esta frecuencia. Para eliminarestas frecuencias superiores a 20kHz debemos contar con un filtro pasabajos muy elabora-do que es difícil y costoso en su construcción. Este filtro debe esar ubicado en la salidaanalógica del demodulador.. En la figura 2.17 está marcado con el número (10). Si en cam-bio usamos una frecuencia de muestreo cuatro veces mayor a la normal (44,1 x 4 =176,4kHz), logramos que en la sección analógica se presenten señales armónicas recién enesta frecuencia y superiores, lo que facilita su filtrado. Se combina este hecho con el usode un filtro cuya respuesta de (sen x/x)2 atenúa la armónica de 176,4kHz aún más, comovemos en la parte central e inferior de la figura 2.18. El sobremuestreo de 4 a 8 veces escomún en muchos equipos de CD y brinda muy buenos resultados.

Se logran, sin embargo, resultados mejores aun si se reduce la cantidad de b its por p ala-bra de 16 a 1. En este método se adopta un flujo de datos de alta velocidad que en lugarde la señal de 16 bits y una frecuencia de muestreo de 256 x 44,1 = 11,2896MHz. En otroscircuitos se usa un sobremuestreo de 384 veces con una frecuencia de muestreo de 384 x44,1 = 16,9344MHz.

Con este tipo de muestreo se con servan, desde luego, las características originales de lamúsica grabada, pero la frecuencia tan elevada del muestreo permite una salida sin erroresen tiempo muy breve. Un bit sólo puede tener dos estados posibles ("1" y "0") y, por lotanto, se obtiene un resultado más exacto que en 16 bits, que pueden asumir 65.536 esta-dos diferentes. Este proceso introduce una formación del ruido que mejora también la

relación S/N inherente al proceso. Se agrega en este paso un bit como dither, cuya funciónhabíamos visto más arriba.Diferentes marcas usan diferentes designaciones para este tipo de conversor digital-

analógico. Philips llama este proceso Bitstream de 1 bit, Marsushita con sus marcasPanasonic, Technics y Quasar y la firma NTT (Nippon Tlephone & Telegraph) lo llamanMASH (Multistage Noise SHaping) de 1 bit y Pioneer lo llama DLC (Direct LinearConversion). Todas las marcas poseen también circuitos integrados como procesadoresespecíficos para esta función. Algunos de estos tipos de CI son el SAA7320 de Philips, elMN6472 de Matsushita y el PD2026 de Pioneer. En la figura 2.19 vemos la curva de respues-ta de la señal de PWM (Pulse Width Modulation), propio de estos procesadores de 1 bit.Los equipos que funcionan en base a estos procesadores pueden usar en el bloque (10) dela figura 2.17, un filtro pasabajos muy

sencillo y con excelentes resultados. Elcircuito de Philips usa PDM (PulseDensity Modulation). Algunos equiposutilizan para la conversión digital-analó-gica etapas de 18 ó 20 bits, aun cuandola señal sólo tiene 16 bits. Esto ofrece laventaja qu e se logra una mejor linealidadtotal de la señal convertida. La linealidaddel procesador se especifica como por-centaje del bit menos significativo (LSB).Un conversor D/A de 18 bits que es line-al dentro de ±0,5LSB, será cuatro veces



Fig. 2.17



más lineal que otro conversor D/A de 16 bits, con la mismaespecificación de ±0,5LSB. Visto de otra manera, el cambiode señal más pequeño posible en un conversor D/A de 16bits es 1LSB, pero es de 4LSB con un conversor D/A de 18bits.

2.5. La grabación y reproducción de señalesdigitalesCon todos los requisitos ya mencionados para la conver-sión analógico-digital y digital-analógica es, sin embargo,necesario prever otras medidas adicionales que permitenuna fácil y confiable grabación y lectura de las señales re-gistradas en el CD. En las figuras 2.16 y 2.17 están previs-tas estas funciones en los bloques (7), (8), (-7) y (-8).Veamos este aspecto a continuación. Las manifestacionesde ondas sonoras audibles, tanto vocales como musicales,son transformadas en un transductor de entrada (micró-fono) en señales eléctricas analógicas. Para su registro en

medios digitales deben ser convertidos en señales digitales y para que éstas puedan sertransferidas y registradas en sus respectivas plataformas, es necesario adoptar ciertos méto-dos confiables. En el caso del CD y otros, se efectúa esta transferencia por medio de unacadena de pocitos y planos que representan la señal digital. Un cambio de pocito a planoo viceversa, representa el número binario "1". Una superficie plana en el fondo de un pozoo sobre un plano, representa el número binario "0". En la figura 2.20 vemos el aspecto deeste orden amiento en la superficie del disco. Las dimensiones de pocitos y planos son vari-ables, de acuerdo a la información digital a grabar y la velocidad a la cual gira el disco. Lalongitud mínima de los pocitos es de 0.833µm con una velocidad de giro de 1,2 metros porsegundo (m/seg) y llega a 0,972µm con 1,4 m/seg. La longitud máxima, a su vez, varía entre

3,054 µm en 1,3 m/seg hasta 3,65µm en 1,4 m/seg. El ancho de los pocitos es de aproxi-madamente 0,5µm y su profundidad es de 0,11µm. Los pozos y planos están ubicados enforma secuencial en una gran espiral que se llama pista. La distancia entre cada vuelta dela pista es de 1,6µm. La velocidad del Cd en el centro es de 500 RPM, equivalentes a 1,4m/seg y en el borde externo es de 200 RPM a 1,2 m/seg. Este tipo de giro implica unavelocidad lineal constante (CLV = Constant Linear Velocity).

Para apreciar estas dimensines debemos considerar que en el surco de un disco LPpueden caber 60 pistas de CD con una densidad de cerca de 6.250 pistas por centímetro.

Las dimensines indicadas son muy reducidas, como pod emos ap reciar, y esto exige todaclase de consideraciones en cuanto a la consistenciaestructural del material del CD y los medios de lectura.También influye en la estructuración de la señal que

debe someterse a un proceso especial de modulación ya otro de corrección de errores.Se denomina error toda falla, omisión o partícula inco-rrecta en el camino de la lectura de las pistas del CDque pudiese alterar el contenido leído. Muchos de loserrores previstos en el CD son causados por el materialdel disco, debido a burbujas minúsculas encerradas enel material durante el proceso de su fabricación, perotambién se refiere a fallas o daños externos que se pro-ducen durante el uso, después de la fabricación. Paralograr que estas eventuales fallas no produzcan dañosaudibles en la reproducción del CD, se adoptan dos



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Fig. 2.18

Fig. 2.19



medidas: la modu-lación de ocho acatorce EFM (Eight-to-Fourteen Modulation)y los sistemas de cor-

rección de errores.En la etapa de la

modulación EFM(bloque (8) de la figu-ra 2.16), se transformalas palabras digitalesoriginales de 8 bits, enpalabras digitales de14 bits. En la figura2.21.A vemos el casotípico en el cual serepresenta unasecuencia 10101, etc., que podemos considerar una situación crítica, ya que sería muy difí-cil de registrar y de leer en el caso real. Para superar esta situación se establece que nodebe haber menos de dos ceros ni más de 10 ceros entre dígitos de uno. Para poder cumpliresta regla de dos a diez, se efectúa la transformación de 8 a 14 bits. Se establece un perio-do mínimo, llamado Tmín, que consiste en dos ceros seguidos por un uno (001). Cuandoel flujo normal de bits indica menor distancia, se agrega un cero y cuando indica mayordistancia se agrega un uno. El valor del período máximo es entonces Tmáx y se presentacuando existen 10 ceros seguidos por un uno (00000000001). En una palabra de 8 dígitosexisten 256 diferentes combinaciones de ceros y unos, pero sólo 100 de ellas cumplen conel requisito de la regla de dos diez. En cambio, en una palabra digital de 14 bits existen16.384 combinaciones de ceros y unos y 267 de ellas cumplen con el requisito del dos a

diez. Esto es desde luego uno de los motivos por los cuales se efectúa la EFM. En la figu-ra 2.21.B se observa una palabra digital en el código de 14 bits.En la detección y corrección de errores existen varios pasos y los más fundamentales

están basados en la compuerta lógica "0-exclusivo", cuyos símbolos y Tabla de Verdad seobservan en la figura 2.22. La salida de esta compuerta es 1 cuando sus componentes sondiferentes y es 0 cuando sus dos componentes son iguales. Se utiliza esta compuerta y susderivadas establecer el concepto del bit de paridad. En el sentido más simple, la paridad esla suma, en un módulo de dos, de todos los bits dentro de una palabra codificada. En unapalabra de 4 bits, podemos detectar un error si le agregamos un bit de paridad. Nopodemos detectar dos errores, pero existen formas de ampliar este concepto para cubrirprácticamente todos los casos necesarios. En la figura 2.23 vemos la aplicación de un bit deparidad.

En el CD se usan los bits de paridad junto con un método de detección y corrección deerrores, llamado Reed-Solomon Code que usa símbolos de 8 bits y una aritmética con unmódulo de 256 en lugar de 2. Este código es ampliado por la introducción de un métodode cruzado o entrelazado de cuadros de tal manera que el código usado en definitiva sedenomina Cross-Interleaved-Reed-Solomon-Code (código Reed-Solomon de entrelazadocruzado), abreviado CIRC. En la figura 2.24 vemos cómo actúa el CIRC para corregir erroresde grabación en el CD. Mediante este proceso sepueden corregir hasta siete bloques de datos de 32bytes cada uno por bloque.

Para ampliar el tema de la corrección de erroresdebemos agregar que los errores de corta duración secorrigen por medio de los bits de paridad en dos for-



Fig. 2.20

Fig. 2.21



mas: una de acuerdo a la suma de los componentes de cada bloque yla otra por la multiplicación de los mismos. Los errores de largaduración son más difíciles de corregir, pero el entrelazado cruzadosoluciona la mayoría de estos errores o fallas.En la mayoría de los casos esta corrección se efectúa en forma silen-

ciosa, sólo en pasajes de alto volumen se manifiesta eventualmente unruido adicional o, en un caso extremo, el silenciamiento eventual dela salida. En el proceso de la EFM y el CIRC es necesario sincronizar

las diferentes partes de la señal para poder reconstruirla despuésde las diferentes modificaciones introducidas en ambas opera-ciones. Se logra este cometido mediante el agregado de los bits desincronismo en cada frame y de los bits de combinación (Mergingbits) en cada modificación interna.Una palabra de sincronización contiene 24 bits agrupados en lasiguiente forma particular: 100000000001000000000010.Esta secuencia se ajusta a las normas del Tmín y Tmáx (dos a diez),vistas anteriormente, pero difícilmente pueda presentarse en otracombinación digital en la práctica.El contenido total de un frame comprende, entonces, las siguientespalabras digitales:

Palabra de sincronismo . . . . . . . . . . .24 + 3 = 27 bitsPalabra de control . . . . . . . . . . . . . . .14 + 3 = 17 bitsSímbolo de audio . . . . . . . . . . . . . . .(14 + 3) x 12 = 204 bitsParidad P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(14 + 3) x 4 = 68 bitsSímbolo de audio . . . . . . . . . . . . . . .(14 + 3) x 12 = 204 bitsParidad Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(14 + 3) x 4 = 68 bits

To ta l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .588 b its

Se observa que entre cada sector se introducen los tres bits de combinación (Mergingbits). Los 588 bits de cada frame intervienen en 7350 frames por segundo, con un total de4,3218 Megabits por segundo, como datos digitales.

2.5 La lectura óptica con láserVarias de las plataformas digitales mencionadas en el sector 2.1. de este capítulo poseen

lectura óptica por medio de láser. Nos referimos a los discos compactos CD, a los discosláser LD, el minidisco y el disco digital de video DVD con su sonido Dolby Surround DigitalAC-3. Conviene recordar que, en principio, el láser es un medio de lectura que permite

obtener lecturas tanto de una informa-

ción digital, como analógica, siempreque su registro se efectúe en la formade pocitos y planos (Pits y Lands), quevimos anteriormente. En los discosláser, esto se ha llevado a la práctica,como veremos más adelante. La espiraltípica de los pocitos está ubicada en elCD de 120 mm de diámetro, de tal ma-nera que extendida ocuparía una longi-tud de más de 5 km, dato que recuerdanuevamente la elevada densidad deeste tipo de grabación. Las dimensiones



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Fig. 2.22

Fig. 2.23

Fig. 2.24



reducidas de los pocitos y planos obligan a usar medios de lectura adecua-dos, donde incluso la longitud de onda del medio, el rayo láser, debe estaren concordancia con el conjunto, para obtener valores de lectura significa-tivos. Las investigaciones muestran que con rayos láser de unos 780nm delongitud de onda, se puede lograr un diámetro de 0,8µm = 800nm sobre la

pista cuyos pocitos poseen un ancho de 0,5µm y al tener una distancia entrepistas adyacentes de 1,6µm brinda una tolerancia adecuada para la lectura.En la figura 2.25 observamos esta distribución de los pocitos en la superficiedel CD y en la figura 2.26 se indica en un corte transversal del disco la formaen que impacta el rayo láser sobre la parte activa del CD. En esta figura seaprecia también que el espesor total de 1,2 mm del disco está dividido en labase transparente de policarbonato de 1,1 mm y la capa activa de 0.1 mm.En esta parte superior se encuentra la etiqueta y una capa protectora encimade la zona donde están depositados los pocitos y planos. El recubrimientoreflectivo de aluminio de los mismos permite la acción del láser. El cambiosúbito entre el fondo del pocito y plano o viceversa, refleja el rayo de dife-rente manera que el impacto del mismo sobre las zonas planas. Este cambioes detectado en el dispositivo del láser que veremos a continuación y es interpretado comoconsecuencia de ceros y unos. El material transparente del policarbonato de la base poseetambién características ópticas que reducen el diámetro del láser de 1 mm, en la superficiedel disco, a 0,8µm en la pista de pocitos y planos, como ya vimos más arriba. Esta reduc-ción óptica del tamaño posee también la virtud de reducir el tamaño de eventualesrayaduras en la superficie externa del disco. Una rayadura de 1 mm de ancho abarca, en lasuperficie cerca de 600 pistas con sus respectivos bordes (1,6µm cada una), pero debido ala reducción óptica repercute sólo en una pista (0,8µm) y es fácilmente corregible por losmedios de detección y corrección de errores arriba mencionados. Con respecto al láserusado en las plataformas mencionadas, debemos señalar que el mismo es del tipo de esta-do sólido. Este tipo de láser fue desarrollado a partir de 1962, en los laboratorios del

Instituto Tecnológico de Massachussets, el famoso MIT, en los laboratorios de la GeneralElectric y de la IBM.Los desarrollos de los laboratorios mencionados estaban, sin embargo, basados en el

postulado de Albert Einstein (1879-1955), quien en 1916 predijo las condiciones bajo lascuales se podía obtener una emisión estimulada de fotones, si bien aún no existía ningúndispositivo preparado para este fin.

En la actualidad se usan dispositivos de semiconductores con una juntura de materialesadecuados y bajo condiciones de polarización directa para producir efectos ópticos. Losdiodos led son un ejemplo para este tipo de radiación de fotones. De acuerdo a los mate-riales usados se podían obtener diferentes longitudes de onda en estas radiaciones. Entre400 y 700 nanometros (nm), la radiación emitida es de luz visible. Debajo de los 400nm esultravioleta y encima de los 700nm es infrarroja. Esta luz es, sin embargo, incoherente y

omnidireccional. Para lograr una radiación monocromática, coherente y en un único haz derayos, es necesario elegir los materiales adecuados, por ejemplo arseniuro de galio (GaAs)y fofuro de galio (GaP). Una mezcla típica de estos componentes posee la estabilidad tér-mica necesaria y un umbral propicio para que un juntu-ra p-n de este material semiconductor funcione comoláser. Un compuesto GaAs (x) P (1-x), donde el factor xes mayor de 0,5, es uno de los más usados para la cons-trucción de diodos láser de estado sólido.

En un diodo láser típico se encuentra en algunoscasos 10 lagunas por centímetro cúbico y 3 x 10 elec-trones por cm3. Estas son cantidades muy elevadas queexplican el motivo porque entran en estado de láser con



Fig. 2.25

Fig. 2.26



relativa facilidad. Un diodo GaAs de 1 x 1 x 0,2 mm poseecapas p y n con un espesor de 0,1 mm y una separación de1µm. Con temperaturas bajas, este compuesto permite lograrradiaciones de rayos infrarrojos de 630nm. Otros comp uestosllegan a 780nm, que es el tipo de luz coherente que se usa

en el láser para CD. La tolerancia térmica de estos com-puestos es también alta, ya que recién entran en una desor-ganización interna ceca de los 480°C.Como se sabe, existen en los semiconductores bandas devalencia separadas por una barrera de potencial. En los dis-tintos diodos láser esta barrera es del orden de los 1,4 volt y

al aplicar tensiones de polarización aptas para superar esta barrera, el diodo irra-dia una emisión estimulada en la cual se liberan fotones que salen del conjunto enforma de rayo coherente monocromático. Este comportamiento ya indujo a Einsteinal titular el fenómeno co mo Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(amplificación de luz por emisión de radiación estimulada). Las siglas de este nom-bre en inglés forman la palabra LASER. En la figura 2.27 vemos el esquema básicode un diodo semiconductor.Para su aplicación en un reproductor de CD, es necesario montar el láser en unsoporte junto con un sistema óptico y un fotodetector para poder transformar losrayos infrarrojos del láser reflejados por el disco en una señal eléctrica correspon-diente. Esta señal debe cumplir tres funciones. Primera: debe contener la señal di-gital grabada en el disco, segunda: de be indicar la posición lateral del pick-up ó pti-co y, tercera: la distancia del mismo del disco. En la figura 2.28 vemos esquemáti-camente este soporte del láser con sus componentes. Se observa que este conjun-to se denomina pick-up de láser ya que cumple funciones similares al pick-up deun tocadisco.Veamos en p rimer término las partes que lo componen . El diodo láser (1) está ubi-

cado en la parte inferior del soporte, a continuación sigue un prisma semirreflecti-vo (2), una lente colimadora (3), la lente del objetivo (4) y el disco CD (5). El pris-ma deja pasar los rayos del láser en su camino ascendente, desvía los rayos refle-

jados procedentes de l disco y lo concentra sobre el fotod etector (6). La salida deeste fotodetector es una señal digital de pulsos e intervalos que reproduce la señal ópticaprodu cida por los p ocitos y planos de la parte activa del d isco y leída por el rayo láser. Estaseñal incorpora las tres componentes de RF (señal), posición lateral (tracking) y posiciónvertical (foco) de tal manera que se puede procesar estas tres componentes para recupe-rarlas en forma separada.

A ello contribuye también la forma del haz y del fotodetector, que vemos en la figura2,29. En la parte superior observamos que existen en el detector del rayo láser 6 seccionesseparadas, designadas A, B, C, D, E y F. La señal de RF que representa la información di-

gital del disco se forma por la suma de las salidas de A + B + C + D. La salida de E y F re-presenta el error horizontal o error de tracking radial. Si la diferencia de F-E = 0, no existeningún error radial y el haz del láser está en el centro de la pista. Si por otra parte, la sali-da es una tensión positiva o negativa, diferente a cero, existe una diferencia radial que elsistema magnético de l pick-up, ubicado e n la parte superior del p ick-up debe corregir. Estacorrección exige, desde luego, que exista un servomecanismo de corrección radial quetransforma la indicación del fotosensor (F-E) en una tensión apta para la corrección. En laparte superior de la figura 2.28 se observa, en forma esquemática, las bobinas de correc-ción del error radial y del error vertical. El error vertical se manifiesta como error de focoy su mecanismo surge de la parte inferior de la figura 2.29. Cuando no hay error de foco,el haz del láser cae justo en el centro de las celdas A, B, C y D del detector. La salida delas cuatro es idéntica y la suma y resta de (A + B) - (C + D) = 0. Cuando existe una incli-



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Fig. 2.27

Fig. 2.28



nación o desvío del haz, la salida de las cuatro celdas se desequilibra, dandolugar a una tensión de control positiva o negativa que se aplica al sistema decorrección de foco para corregir esta situación, hasta que la d iferencia sea cero.

En algunos modelos se obtiene, mediante medios ópticos, una división delhaz del láser de tal manera que en la superficie del disco impacte un rayo prin-

cipal y dos rayos auxiliares, llamados respectivamente Main Beam y Sub Beam.En la figura 2.30 se observa esta situación. En este caso se aplcia el fotosensorde seis segmentos de la figura 2.29. En otros modelos se usan fotodetectores desólo cuatro segmentos con un rayo de único y en este caso se aplica el esque-ma de la figura 2.31, que es muy similar al anterior. Ambos sistemas, el láser deun haz único y el láser de tres haces (un haz dividido), funcionan correctamentey se usan en la actualidad en los modelos comerciales. Sin embargo, en losmodelos de reproducción de CD de mayor precio, se suele usar el modelo detres haces.

Los sistemas de servo de los reproductores de CD abarcan las funciones yamencionadas de enfoque y tracking (seguimiento de pistas), pero también involucran elcontrol de velocidad que, como se sabe, debe modificarse desde su rotación inicial de500 RPM en el centro hasta los 200 RPM en el borde exterior del CD, donde termina lapista grabada. Todas las secciones del servo están generalmente incluidas en circuitosintegrados LSI, a veces todos en un solo procesado r ded icado. El servo puede ser analógi-co o digital, pero en este último caso es necesario que existan sendos conversoresanalógico-digitales y digital-analógicos, ya que las señales y tensiones de corrección sonanalógicas, aun cuando el procesador puede ser digital. Más adelante en esta obra pre-sentaremos varios circuitos de aplicación en equipos comerciales.

2.6. Los reproductores de CDCon los elementos funcionales y circuitales expuestos, podemos ahora analizar

algunos modelos comerciales de reproductores de CD. Estos equipos poseen muchas veces

prestaciones mucho más sofisticadas que las mínimas requeridas, sobre todo en momentosde gran competencia en el mercado donde el usuario exige cada vez más características deconveniencia y privilegia los modelos que las contienen.

Uno de estos casos es el modelo SL-SW4004 de reproductor portátil de CD dePanasonic. En la figura 2.32 observamos el aspecto de este modelo que se destaca, entreotras prestaciones, por su capacidad de almacenar información para poder absorber golpesy cierto maltrato, propio de los modelos portátiles destinados al mercado juvenil y deporti-vo. Esta posibilidad se agrega al con-versor digital-analógico MASH de 1 bitpor medio de una memoria adicionalcon capacidad para 10 segundos demúsica. Esta memoria es la qu e en trega,

en realidad, la música al oyente y no elCD en forma directa. Por lo tanto, si elequipo recibe un golpe o una sacudidaque impide momentáneamente al pick-up del láser de proveer una lectura con-tinua, el oyente seguirá escuchando lamúsica a través de la memoria interca-lada y la interrupción pasarádesapercibida. La memoria “antisacudi-da” hace que el CD gire a una velocidadligeramente superior a la normal parapoder almacenar los datos de reserva.



Fig. 2.29

Fig. 2.30

Fig. 2.31



Esto no afecta la reproducción, ya que la misma se efectúa a partir dela memoria y no a partir del disco.El equipo posee también un circuito reforzador d e graves tipo XBS quemejora notablemente también la reproducción a través de los auricu-lares que acompañan el equipo.

El equipo posee varios modos de reproducción que se visualizan en eldisplay del modelo SL-SW4004. Estos modos poseen efectos especialesque permiten ejecutar las pistas en forma aleatoria o repetir algunas oel disco completo. La posición RESUME permite resumir la reproduc-ción en el punto donde se había interrumpido. El disco está colocadoen forma firme sobre el eje y requiere una presión sobre el mismo paraliberarlo. Esto evita también que el disco se deslice en forma acciden-tal y se caiga al abrir la tapa.El gabinete es semihermético y tiene protección contra arena y agua.Posee también dos pilas tipo AA de 1,5 volt cada una, para un fun-cionamiento completamente portátil, pero puede funcionar tambiéncon un adaptador de alterna que está incluido con el equipo. Para el

uso en automóviles existe un adaptador especial, en forma de casete, que permite la inter-conexión con la radio del vehículo donde está instalado. Otro adaptador permite la ali-mentación desde la batería del automóvil.

En los modelos de mesa de reproductores de CD encontramos una amplia gama deprestaciones adicionales, como podemos observar en la figura 2.33 que muestra el modeloPD-59 de la línea Elite de Pioneer. Este modelo posee un conversor digital-analógico de 1bit, una construcción extra-estable del mecanismo y del plato del disco y como agregadoespecial, la conversión especial que Pioneer denomina Legato Link. En la conversión delLegato Link se introduce cada 20,8µs un algoritmo sofisticado que permite extrapolar lossonidos superiores a 20kHz que pudiesen existir en las muestras anteriores. Este muestreoadicional de 48kHz enriquece la gama de frecuencias de reproducción al obtener una

ampliación de las frecuencias muestreadas a 22kHz,de acuerdo al criterio de Nyquist, al obtener unaforma de onda de transferencia más cercana a lamúsica original, lo que extiende el rango de frecuen-cias más allá del rango audible.El equipo posee también un control remoto paramayor comodidad del oyente.En el amplio surtido de modelos de reproductores dediscos compactos, se destacan también los equiposdel tipo multidisco. Existen modelos de 3 a 100 dis-cos que pueden estar destinados al hogar o alautomóvil. El carácter digital de los CD es muy indi-



CAPITULO 2

Fig. 2.32

Fig. 2.33

Fig. 2.34



cado para un registro del contenido de cada disco, lo que facilita su reproducción contro-lada y orde nada. En la figura 2.34 observamos e l aspecto d el modelo PD-F1004 de Pionee rque permite la carga y reproducción de 100 discos CD, colocados en fila, en grupos de 25CD, cada uno. La reproducción puede ser controlada por control remoto en forma indivi-dual o preprogramado por medio de la memoria incorporada. Al estar colocados en grupos

de 25, es factible cambiar tres grupos de discos con un total de 75 discos, mientras el cuar-to grupo se está ejecutando. Este modelo y otros similares de varias marcas, se están h acien-do populares en los Estados Unidos, ya que no sólo permiten la ejecución de los discos,sino también su almacenaje. De esta manera se reduce notablemente el espacio necesario.

En los modelos para automóviles se destaca la posibilidad de colocar todo el equipo enel baúl del vehículo y, al tener una gran cantidad de discos CD para reproducir, tener músi-ca hasta en un viaje muy largo de varias horas de duración. Casi todas las marcas que fa-brican radio para automóvil ofrecen también este tipo de cambiador de discos CD, concapacidad de hasta 100 discos.





OTRAS PLATAFORMASDE LECTUR A OP TI CA

3. 1. Las normas para diferentes tipos dediscos de lectura ópticaUno de los motivos del rápido éxito mundial de los discos compactos CD fue, además

de su indiscutida calidad, la introducción de las normas para su fabricación y uso, en formasimultánea en todo el mundo desde el mismo comienzo. En otro producto de la electróni-ca de consumo, el videocasete, estas normas no estaban uniformadas al principio, motivopor el cual el mercado estuvo dividido durante muchos años y se ofrecían tres diferentesformatos al público: VHS, Betamax y Video 2000. El mismo mercado se encargó posterior-mente de eliminar el Betamax y el Video 2000, quedando en la actualidad sólo el VHS deaquellos tres formatos, como modelo predominante. La industria aprendió aparentementela lección y al introducirse en 1982 el CD, creado por Philips y Sony, las normas para estetipo de disco de lectura óptica estaban establecidas y en plena aplicación. Estas normas

quedaron fijadas en el Libro Rojo y, en la Tabla 3.1, reproducimos los parámetros másimportantes del mismo. En la figura 3.1 vemos el aspecto de un disco CD.

_______________________________________________________________TABLA 3.1. Las normas para el disco compacto CD

Paráme tro s Unidades

Características físicas del CDDiámetro 120 mmDiámetro del agujero central 15 mmTiempo de ejecución aproxim. 74 minutos por ladoRotación en sentido del reloj, visot de arriba

Velocidad de rotación 500 a 200RPM, 1,2 a 1,4 m/seg.Distancia entre pistas 1,6µmEspesor del disco 1,2 mmArea para la grabación 46 hasta 117 mmArea de la señal 50,9 hasta 116 mmMaterial de recubrimiento transparente, con un índice de

refracción de 1,5Longitud mínima de los pozos 0,833µm (1,2 m\ seg) hasta

0,972µm (1,4 m/seg)Longitud máxima de los pozos 3,05µm (1,2 m/ seg) hasta

3,65µm (1,4 m/seg)Profundidad del pozo aproxim. 0,11µm

Ancho del pozo aproxim. 0,5µm

Características d el sistema óp ticoLongitud de onda normalizada en e l CD 780nmProfundidad de foco ±2µmDiámetro del haz en la superficie 1,0 mm, aprox.Diámetro del haz para la señal 0,8µm, aprox.Fuente óptica láser semiconductorSistema de enfoque astigmático o tipo Foucault

Características del formato de la señalCantidad de canales 2 canales (4 canales grabados a

doble velocidad)

OTRAS PLATAFORMAS DE LECTURA OPTICA


CAPITULO 3

CAPITULO 3

Fig. 3.1



Cuantificación 16 bits, linealTemporización de la cuantificación concurrente para todos los canalesFrecuencia de muestreo 44,1kHzCantidad de bits de canal 4,3218 megabits por segundoCantidad de bits de datos 2,0338 megabits por segundo

Relación entre bits de datos y bits de canal 8 a 17Filtrado analógico o digitalCódigo de corrección de errores CIRC (Cross-Interleaved-Reed-

Solomon Code) con una redund ancia del 25%

Sistema de modulación EFM (Eight-to-Fourteen Modulation= modulación de 8 a 14)

Cantidad máxima de pistas 99Cantidad máxima de índices 99

Especificaciones de la señal de audioTeóricas:

Respuesta de frecuencia 5 20.000Hz ±0dBRango dinámico 96dBRelación señal-ruido 97,5dbDistorsión armónica menor que 0,003% (en 1kHz)Separación de canales 96dB (en 1kHz)Wow/flutter inferior a los límites mediblesTípicas:Respuesta de frecuencia 20 a 20.000Hz +0,4 -0,2dBRango dinámico 93dBRelación señal-ruido 92dBDistorsión armónica menor que 0,01% (en 1kHz)Separación de canales 90dB (en 1kHz)

Wow/flutter inferior a los límites medibles__________________________________________________________________________

A estas normas siguieron, en 1985, las normas para el CD-ROM, en el Libro Amarillo, yen 1988 las normas para el CD-I (Compact Disc Interactivo), en el Libro Verde.

El CD de audio contiene información de audio para 74 minutos de música y sólo muypoca información de video, principalmente para visualizar en el display el contenido y laduración de cada pista o programa. La tasa de errores para este fin fue de 10-5 a 10-6 porbit, pero con ayuda de las normas del Libro Rojo se pudo reducir esta tasa de errores a 10-11 ó 10-12 errores por bit.

En la figura 3.1 observamos esta situación, que corresponde a las normas IEC908 oECMA-180.

En el Libro Amarillo del CD-ROM se redujo esta tasa aun más, a 10-15 a 10-16 errorespor bit y se aumentó el contendio a 650 Megabytes. Esto equivale a 150.000 páginas escritasa máquina en el formato A4 de 210 x 297 mm. Cabe destacar que el tamaño de estos dis-cos derivados del CD es de 120 mm de diámetro.

En el Libro Verde para el CD-I (Compact Disc Interactivo) se establecen también losheaders (encabezamientos) con varios subheaders en los cuales se fija la información nece-saria para la presentación en tiempo real de la información del CD-I.

En el Libro Amarillo se fija también la distribución de los bits de canal de tal maneraque se establecen sectores de información de 2.352 bytes cada uno. Esta información digi-tal puede elaborarse en varios modos operativos. En el Modo 1 se puede corregir máserrores que en el CD convencional del Libro Rojo debido a que cada sector contiene 288bits de paridad adicionales. Este modo es tan confiable que sólo puede quedar sin correc-

ción un error en cada 100 millones de discos. El Modo 2 no es tan perfecto y se usa prin-





cipalmente para almacenar información en la cual un error ocasional no produce proble-mas serios, como por ejemplo, en las señales de audio y video. Para los datos digitales seusa siempre el Modo 1.

El Libro Verde fija también normas para el hardware y software de los discos CD-I. Estasnormas adicionales son necesarias para lograr un diálogo con el usuario en tiempo real y

afecta audio, video y texto. El papel de los headers en este campo ya fue mencionado.Los formatos Form 1 y Form 2 del CD-I, establecidos en el Libro Verde, posibilitan la

corrección de errores de manera similar al Modo 1 y Modo 2 del CD-ROM, fijados en elLibro Amarillo. Esta información está presente en los subheaders. En principio se usa elForm 1 para video y datos de computación y el Form 2 para información de audio y video.Un sector del Form 2 puede contener más información porque no posee los 288 bits deparidad adicionales y usa todos los bits de este sector para la información.

En definitiva, el CD-ROM se rige por las normas ISO9660 del grupo HIGH-SIERRA,aprobadas el 28 de mayo de 1986. Estas normas se conocen como ISO9660/HSG.

En la TABLA 3.2 vemos una comparación entre los diferentes soportes usados comoROM de computación. La base de todos los Libros (Rojo, Verde y Amarillo) es siempre el

Libro Rojo del CD, motivo por el cual todos los discos que siguen las normas derivadas deestos libros permiten la reproducción del CD, además de las aplicaciones específicas decada tipo de disco en particular, como CD, CD-ROM, CD-ROM-XA, CD+G, FOTO-CD, CD-I, etc. Un capítulo aparte forman los discos compactos grabables, como el CD-R (CompactDisc-Recordable). Estos discos grabables siguen las normas de un Libro Naranja que se apli-ca a los discos grabables sólo una vez (WO = Write Once). El CD-R y el Foto-CD pertenecena este grupo. El Foto-CD sigue a los Libros Verde y Naranja. En la figura 3.2 vemos unesquema que refleja en forma concisa la situación de los discos compactos mencionados ysu dependencia a sus respectivos libros.

_______________________________________________________________TABLA 3.2 Diferentes plataformas usadas como ROM

Tip o de d isco d iá m e tro d ensidad de grab ació n cap acidad

disco flexible 5,25 --- 360.000 bytespara PC (13,33 cm)

disco flexible 5,25 pulg. 38 pistas/ cm 1,2 Megabytede alta dens. (13,33 cm)

disco magnético 5,25 pulg. 197 p istas/ cm 10 a 30 Mbytesduro (13,33 cm)

CD-ROM 12 cm 6300 pistas/ cm 500 a 600 Mbytes___________________________________________________________________________________

3.2. Discos CD-ROM yCD-ROM-XAUna de las empresas que desarrollaron el CD-ROM, Hewlett-Packard, define el CD-ROM

como una tecnología destinada para la grabación de señales de audio y aplicada a la com-putación para almacenar datos de computación. Las características más destacadas del CD-ROM son su elevada capacidad para almacenar datos, su gran durabilidad y permanenciaen el tiempo, el proceso rápido para su producción y su costo relativamente reducido. Sucapacidad de almacenaje fue incrementado con la introducción del tipo CD-ROM-XA (discocompacto ROM de arquitectura extendida) y los CD-ROM grabados a velocidades múltiples

de cuatro o seis veces la velocidad original.



CAPITULO 3



El CD-ROM es ideal para almacenar datosque supuestamente no cambiarán rápida-mente. Manuales de instrucciones con soft-ware para computación, diccionarios, enci-clopedias y otros documentos de referencia

muy extensos, catálogos completos de unamarca o línea de productos y todo otro mate-rial informativo extenso y de distribuciónmasiva. Como ejemplo de esta última aplicación debemos mencionar que en las recientesexposiciones de electrónica en Europa y en Estados Unidos, el informe de prensa (elPresskit) fue distribuido en forma de CD-ROM, con gran beneplácito de los periodistasquienes ya no tuvieron necesidad de transportar grandes y pesadas cargas de papel impre-so. Un disco CD-ROM en el portafolio reemplazaba impresos e ilustraciones.

Otra aplicación cada vez más frecuente son los videogames con su gran capacidad ope-rativa y con sonido e imagen cada vez más perfectos. En la figura 3.3 vemos el aspecto deun modelo Play-Station de Sony. Este modelo de juego electrónico de 32 bits permite ela-borar unos 500 millones de operaciones por segundo y supera así los juegos que habitual-mente funcionan con sólo 16 bits. La amplitud del almacenaje de bits permite también unfuncionamiento con imágenes tridimensionales y, desde luego, en colores y con un sonidocon calidad de CD. También otras marcas producen modelos basados e n e l CD-ROM, comopor ejemplo Panasonic, Atari, Goldstar, Amiga, Sega y otros en cantidad cada vez mayor.Debemos recordar que los videogames con base de CD-ROM poseen la ventaja adicionalde permitir la reproducción de los CD de audio, lo que constituye una ventaja nada des-preciable en el mercado al cual están dirigidos.

El secreto de la notable reducción en la tasa de errores del Libro Amarillo que norma-liza el CD-ROM y que ya se ilustró en la figura 3.2, es la introducción de los códigos dedetección de errores y corrección de errores EDC/ECC (Error Detection Code/ErrorCorrection Code). Estos códigos existen también en principio en el CD de audio, pero en

éste abarcan sólo 1/75 de segundo (0.0133 de segundo) de datos de audio, equivalentes a1.176 muestras de audio de 16 bits. en el CD-ROM se amplía este segmento mínimo de lec-tura a 2.352 bytes de datos digitales, denominados un sector del disco. Se especifican tam-bién tres modos para sectores dentro de las pistas de datos. Estos modos poseen todos unheader de 12 bytes de datos de sincronización, tres bytes de datos de dirección (minutos,segundos y cuadros) y un byte de modo (00,01 ó 02). Los headers del sector en el modo 0son seguidos por 2.336 bytes de ceros. Estos sectores se usan como entrada al comienzodel disco, salida al final del disco y en latransición entre señales de audio y datosdigitales. La Tabla de Contenido (TOC)para cada disco está contenida en unaparte del área de entrada. Los headers

para el modo 1 son seguidos por 2.048bytes de datos del usuario y 288 bytes dedatos EDC/ECC. Estos bytes de EDC/ECCson los que agregan la protección adi-cional contra errores y que constituyenuna de las diferencias entre las normas delos Libros Rojo y Amarillo. Finalmente, enel modo 2 los headers son seguidos por2.336 bytes de datos del usuario. En lafigura 3.5 vemos el aspecto tan caracterís-tico de los discos CD-ROM.

El modo 1 es el de mayor protección



Fig. 3.3

Fig. 3.2



contra errores que lleva la tasa de errores por bit a 10-15 ó 10-16. Elproceso de codificación del CD-ROM comprende el cálculo de los bytesde EDC y paridad para cada sector de 2.048 bytes. En la figura 3.6vemos la organización de los 288 bytes del EDC/ECC en el modo 1. Laparte del EDC consta de cuatro bytes de control de redundancia cíclica

(CRC = Cyclic Redundancy Check) y de ocho bytes de ceros. En esteproceso se efectúa una suma de control del header de 16 bytes (12bytes de sincronización más 4 bytes del header) y los 2.048 bytes dedatos del mismo. El CRC calcula el valor y almacena el resultado en elcampo CRC de cuatro bytes. Además, se usan bytes de paridad P y Qen un código Reed-Solomon de producto. Se observa que la accióncombinada de códigos de suma y de producto posibilita un mayorgrado de eficiencia en el código de corrección de errores.En este algoritmo se aplica la corrección de errores a los cuatro bytes

del header y modo, los 2.048 bytes de datos delusuario, los cuatro bytes de control del EDC y losocho bytes del intervalo, todo lo que suma 2.064bytes. No se aplica corrección de errores a los 12bytes de sincronización.Los 2.064 bytes se ordenan en dos matrices de1.032 bytes, una matriz para los bytes pares y otrapara los bytes impares.Para el cálculo de los bytes de paridad P, las matri-ces se disponen en 24 filas y 43 columnas. Se usapara ello un código Reed-Solomon del tipo (26, 24),creando dos matrices de 26 filas por 43 columnas.

Los bytes de paridad Q se calculan a lo largo de lasdiagonales de estas matrices, utilizando un código

Reed-Solomon del tipo (45, 43). Esto produce dosmatrices de 26 filas por 45 columnas con 2.340 bytesde paridad P y Q. El agregado de los 12 bytes de sin-cronización, produce el sector típico del CD-ROM de2.352 bytes, que ya fue mencionado más arriba.En el proceso de fabricación del CD-ROM, se efectúala codificación por medio del código Reed-Solomonde producto al agregarlo a los bits de información

antes de los pasos de codificación CIRC 1 y CIRC 2. Durante la decodificación, la situaciónse invierte y la decodificación del Modo 1 se aplica al final. El código RS-PC (Reed SolomonProduct Code) posee un sistema de corrección diez veces mayor que el usado con los CD.

Una variante del CD-ROM es el CD-ROM-XA, en el cual se han introducido algunas

modificaciones estructurales para lograr el efecto "XA" de arquitectura extendida. La capaci-dad de almacenaje de este tipo de CD-ROM se incrementó y su reproducción requiereequipos aptos para sus características. Las normas del CD-ROM-XA fueron aprobadas en1990 en forma conjunta por Philips y Sony como expansión del CD-ROM. Los discos CD-ROM-XA permiten una lectura de mayor velocidad.

3.3. Discos CD-I, CD+ G y Photo-CDEn los discos del epígrafe se agregan las normas indicadas por el Libro Verde, pero se

mantiene la compatibilidad con los discos compactos de audio CD y, por lo tanto, poseeneste atractivo adicional. En la figura 3.8 vemos el aspecto de un disco compacto interacti-vo CD-I. En el aviso comercial de presentación, a fines de 1991, Philips anuncia que elmismo puede contener "las obras completas de Shakespeare, Dickens y Mark Twain" en un



CAPITULO 3

Fig. 3.6

Fig. 3.4

Fig. 3.5



solo disco. Este dato es suficiente para indicar que la capacidad dealmacenaje del CD-I está en el rango del CD-ROM, pero que ademásestá en condiciones de reproducir audio, video, textos, gráficos ydatos digitales. Todos estos datos son accesibles en tiempo real y coninteracción con el usuario a través de un control remoto de carac-

terísticas especiales. En la figura 3.9 vemos el aspecto de un repro-ductor de CD-I de Goldstar, modelo GDI-1000. Este modelo permitela reproducción de discos CD-I, CD de audio digital, CD + G (gráfi-cos), CD-ROM-XA, Photo-CD y VCD (CD digital de video). Existenademás numerosos accesorios que permiten usar tambiénvideogames basados en CD-ROM y en 3DO.

Las múltiples funciones del CD-I se basan en parte en el sistemaoperativo CD-RTOS (Comp act Disc Real Time Operating System = sis-tema operativo en tiempo real del CD).

El uso del CD-I en aplicaciones prácticas es muy flexible. Sepueden seleccionar cuatro diferentes niveles de audio y tres dife-rentes niveles de video. Los diferentes niveles de audio son: nivel 1igual al CD convencional, nivel 2: Hi-Fi con una compresión de dosveces de la señal digital original, nivel 3: calidad de FM con una com-presión de cuatro veces, comparable a la calidad habitual de recep-ción de radio en FM, y nivel 4: calidad de AM con compresión deocho veces y una calidad mejor que la recepción de radio AM enbuenas condiciones de recepción.

La compresión de las señales de audio se logra por medio de un proceso diferencial,conocido por DPCM (Differential Pulse Code Modulation). En este proceso no se convierteel valor absoluto de cada muestra a su número binario equivalente, sino se convierte sólola diferencia entre la muestra nueva y la muestra anterior. En su nivel más alto el valor delos dígitos nuevos puede tener un número binario de ocho dígitos, pero en muchas otras

circunstancias esta diferencia puede expresarse con sólo cuatro dígitos. Mientras que en elnivel de CD, la frecuencia de muestreo es de 44,1kHz, en los demás niveles puede bajar a37,8kHz o incluso a 18,9kHz en el nivel más bajo. Este "ahorro" de bits es el que permitela compresión de la señal, pero al mismo tiempo exige también una adaptación permanentede las condiciones de funcionamiento. Esta característica transforma el proceso DPCM enADPCM (Adap tive Differen tial Code Modulation), un proceso claramente adap table. Estetipo de enfoque es usado también en otras plataformas, como el MK (MinidisK) y el DCC(Digital Compact Casete), si bien con características algo diferentes, como veremos másadelante.

En la posición de máxima calidad de audio, el CD-I reproduce los 74 minutos clásicosde todo CD de audio, pero en su nivel más bajo, el tiempo de reproducción se extiende a19 horas con calidad vocal aceptable.

En la calidad de video existen tres niveles de calidad enel CD = I, que son los siguientes: nivel 1 - igual a la re-solución de TV, nivel 2 - resolución doble para mejorreproducción de letras y números, y nivel 3 - de alta re-solución para aplicaciones profesionales. El valor máximoes de 768 x 480 pixels. Los colores de la paleta del CD-Ipueden variar entre 32.768 (2) matices hasta unos 256.000como valor máximo.

En la figura 3.10 vemos el aspecto de un reproductorde CD-I, modelo CDI470 de Philips. Este modelo sueletener una aplicación especial para videogames, comotodos los reproductores de CD-I y, en este caso, se puede



Fig. 3.7

Fig. 3.8

Fig. 3.9



agregar un accesorio que vemos en la figura 3.11. Setrata de un control remoto especialmente dedicado alos videogames y que puede ser usado por jugadoresde tan sólo tres años de edad. Su diseño atractivo y lafacilidad de manejo, lo hacen ideal para este fin.

Una aplicación reciente es el uso del CD-I en sistemasde navegación terrestre, como el CARIN (CARInformation and Navigation System). Este sistema estápor ahora en pleno desarrollo, en momentos deescribir este tratado.Para los discos PHOTO-CD (FOTO-CD) de Kodakexisten también reproductores especiales, como elque vemos en la figura 3.12. Estos reproductorestienen una capacidad de 18.000.000 de pixels para

lograr la máxima calidad de video en la pantalla o en una copia que se puede lograr pormedio de una impresora de video. Los pasos ilustrados en la figura 3.12, indican cómoel rollo fotográfico, una vez expuesto, es transferido al PHOTO-CD y éste, a través de unreproductor adecuado, permite visualizar cada foto en un televisor del hogar. La capaci-dad de cada disco es de 100 fotos. La resolución en PAL es de 485 líneas y la conversióndigital-analógica se realiza por medio de un procesador de BITSTREAM de un bit. Lasfotos pueden estar acompañadas por comentarios que se graban en calidad de CD conun rango de frecuencias de 20 a 20.000Hz y una relación S/N de 95dB. La separaciónentre canales es de 86dB. Se agregan en muchos equipos de PHOTO-CD funciones espe-ciales de ampliación, rotación y desplazamiento de cada foto visible en la pantalla. Se usatambién una función de selección de imagen favorita o de pista de audio favorita en la

reproducción de CD de audio. El procesamiento del rollo fotográfico ysu transferencia al disco PHOTO-CD se efectúa en las Agencias deKodak. También el usuario puede hacer sus propias copias con una

impresora de video, como la que vemos en la figura 3.13.Los equipos de CD-I, PHOTO-CD y CD+G son aptos para muchas apli-caciones comerciales, programas de entrenamiento y otras similares deinformación y educación y en todos los casos permiten también lareproducción de los discos CD de audio. Se trata, en realidad, de unexponente cabal del concepto multimedia.

3. 4. Los discos láser (LD) yCD de video (CDV)La tecnología usada para grabar y reproducir los discos LD y CDB esmuy similar a la que se emplea para los discos CD de audio, motivopor el cual muchos reproductores de LD son aptos para CDV y CD de

audio. Sin embargo existen diferencias de orden práctico y técnicoentre los tres tipos de discos que conviene analizar antes de entrar enuna descripción más detallada de sus respectivos requisitos técnicos. Enla figura 3.14 observamos el surtido de discos de lectura óptica que sepueden reproducir en un reproductor moderno de discos láser, similaral que vemos en la figura 3.15. Este reproductor de discos de lecturaóptica es el modelo CLD-D704 de Pioneer, que permite la reproducciónde todos los diferentes tipos de discos de la figura 3.14.En esta figura vemos como disco de tamaño más reducido, el Single CDde 8 cm de diámetro (nominal 3 pulgadas). Este disco posee unaduración de su grabación de au dio de 20 minutos, girando a una veloci-dad de 500 a 340RPM. Este disco es relativamente difícil de hallar en la



CAPITULO 3

Fig. 3.11

Fig. 3.10

Fig. 3.12



actualidad, pero aún pueden encontrarse en algunascolecciones y el modelo ilustrado permite su repro-ducción.

El disco siguiente de color plateado, es el clásicoCD de audio digital con un diámetro de 12 cm y una

duración máxima de 74 minutos. Es el tamaño máspopular en la actualidad. Su tamaño nominal es de 5pulgadas.

En la figura 3.14 se puede ver el CDV (CompactDisc Video) de color dorado y 12 pulgadas dediámetro. Este disco posee una grabación de 20 min-utos de audio solamente con una velocidad de giro deleje de 500 a 340RPM. Además contiene una pista devideo y audio combinado de 5 minutos de duración(un video-clip) con una velocidad del eje de 2700 a 1800RPM. Esta pista de audio-videoestá en el centro del disco y, por lo tanto, es el primer programa que reproduce el disco.

Los discos de video, llamados LD (Laser Disc) vienen en dos tamaños. Uno es de 20 cmde diámetro (8 pulgadas) y posee una duración de 40 minutos, grabados en ambos ladosen CLV (Constant Linear Velocity = velocidad lineal constante) tienen una duración de 28minutos en ambos lados. Este tipo de disco se ofrece a veces como Karaoke, término

japonés que significa "orquesta vacía". Estos discos tienen como todos los discos láser yCDV, 4 pistas de audio, dos analógicas y dos digitales. Las pistas analógicos son multiple-xadas de tal manera que, en una posición de los canales de audio analógicos se escuchasólo el canal de la izquierda con la música y el acompañamiento, en cambio, en el canalde la derecha se escucha la música con acompañamiento y con la voz de los cantantes. Estopermite al oyente acompañar la música del disco con su propia voz. Algunos equiposvienen provistos para este fin con un micrófono, pero muchos otros modelos usan la vozde los oyentes en forma directa, sin micrófono.

El disco de mayor tamaño es de 30 cm de diámetro (12 pulgadas) y en CLV posee unaduración de 120 minutos en ambos lados, con una velocidad variable de 1.800 a 600 RPM.En CAV tiene una duración d e 60 minutos en ambo s lados y giran a una velocidad de 1.800RPM.

Los discos de CLV se denominan también de Extended Play, mientras los del tipo CAVse denominan de Standard Play.

Se observa que los requisitos de los diferentes diámetros de los discos (8, 12, 20 y 30cm) y sus velocidades (340 a 500 RPM, 1.800 a 2.700 RPM, 600 a 1.800 RPM y 1.800 RPM)son múltiples. Esto implica que la necesidad para soportes adecuados y un mecanismo detransporte muy elaborado. A ello se agrega la necesidad de que algunos de los discos estángrabados en ambas caras, lo que sugiere la conveniencia de poder tocarlos en ambos lados,sin necesidad de sacarlos para darlos vuelta, si bien este requisito no p arece imprescindible.

El modelo ilustrado posee, sin embargo, un mecanismo que permite la reproducción de losdiscos en ambos lados, inviertiendo el soporte del láser lector y no requiere dar vuelta aldisco propiamente dicho. La reproducción en estascondiciones es prácticamente ininterrumpida, paraasemejarse más a una reproducción cinematográfica.En la figura 3.16 vemos el aspecto de un mecanismode volteo del pick-up del láser, llamado GammaTurn. Varias marcas introducen periódicamente mejo-ras en este tipo de mecanismo para lograr tiempo s deinversión más cortos y un funcionamiento más silen-cioso.

Entre las prestaciones del modelo CLD-D704 de



Fig. 3.13

Fig. 3.14

Fig. 3.15

Fig. 3.16



Pioneer figura también la reproducción de los discos en varias velocidades, lo que permiteobtener efectos visuales especiales (marcha adelante, marcha atrás, en pasos o imagendetenida). También se incluye la búsqueda rápida de pasajes o capítulos. Para ello, el discoLD está dividido internamente en capítulos, si bien esta división no se observa durante lareproducción normal.

Para la lectura de los discos LD y CDV se usa el pick-up de láser similar al que se usaen el CD de audio, lo que implica, desde luego, la presencia de los pozos y planos del CD.Sin embargo, éstos no representan una señal puramente digital. En la figura 3.17 vemos elaspecto de la señal del LD que es de radiofrecuencia (RF). Se observa que existe un sonidodigital que se graba en la p arte inferior del espectro de RF de 0 a 2MHz, aproximadamente.Esta señal digital correspon de a dos canales de audio. También existen dos canales de aud ioanalógicos que están ubicados en 2, 3 y 2,8MHz y que están grabados e n FM, sobre las por-tadoras de las frecuencias indicadas. Además existe en 8MHz una portadora de FM para elregistro de la señal de video. esta señal analógica de video se desarrolla entre 7,6 y 9,3MHz,con una excursión de 1,7MHz. Los picos de sincronismo se encuentran en 7,6MHz y lospicos blancos de la señal de video, en 9,3MHz. Esta excursión de video es superior a la quese usa en la videograbación magnética y significa una mejora sustancial en la relación S/Nque llega a 115dB. Esta señal desarrolla bandas laterales entre 3,5 y 13,5MHz, aproximada-mente, lo que permite una reproducción de frecuencias de video de (13,5 - 3,5)/2 = 5MHz.Este valor es también superior a los medios de grabación magnética de video y también ala resolución de la mayoría de los televisores. La imagen obtenida con los discos láser LDsupera, por lo tanto, a otros medios en resolución y en relación S/N.

Debemos destacar, sin embargo, que este resultado se logra sólo con un tratamientocuidadoso de las señales. La presencia simultánea de las señales de audio digital (doscanales), de audio analógico (dos canales) y de video, se presta a interferencias indeseadaspor intermodulación. Para la separación entre señales digitales y analógicas es suficientecolocar un filtro pasabajos de 1,7MHz que separa adecuadamente estas señales. En los seg-mentos de señales analógicas se logra una protección parcial por medio del uso de FM en

las tres señales (dos de audio y una de video), que posee una protección inherente mejor,debido a la presencia de etapas limitadoras y del proceso de pre-énfasis y de-énfasis, pro-pios del sistema.

La p rotección contra batidos es, sin embar-go, más d ifícil y requiere un a reducción de26dB de todas las señales de audio, tantodigitales como analógicas, con respecto ala señal de video. A pesar de esta limi-tación, son las portadoras de FM delsonido analógico de 2,3 y 2,8MHz, los quemás pueden afectar a la señal de videodebido a su cercanía a la banda de fre-

cuencias de video de 3,5 a 13,5MHz,aproximadamente.En muchos discos LD se usa un sistema deexpansión y compresión de audio, llama-do CX y que funciona en forma similar,pero no idéntica al Dolby B, tratado en elcapítulo 2.3. El sistema CX fue desarrolla-do por CBS para la reducción del ruido delos discos LP de vinilo, pero nunca fueimplementado en forma comercial. Seintrodujo ahora una versión modificadapara los discos LD y muchos modelos de



CAPITULO 3

Fig. 3.17



reproductores de LD poseen undecodificador CX. Observe, sinembargo, que el CX es un sistemacomplementario y sólo puede serefectivo si, tanto el disco como el

equipo, están preparados para elCX. Ambos suelen llevar la identi-ficación pertinente si tienen CX.

Para transferir la informaciónde audio y video al disco LD, esnecesario seguir el camino quevemos en la figura 3.18. En estafigura se observan los detalles dela transcripción de las diferentesseñales, empezando con la señalde video. Esta señal está presenteen el punto (6) para entrar almodulador de FM de video (8)que la transforma en la forma deonda (1). Las dos señales analógi-cas de audio (7) entran al modu-lador de FM de audio (9) que lastransforma en la señal (2). En la etapa del multiplexador (10) se ob tiene las formas de on dacompuestas (3). En la etapa limitadora (11) se efectúa la limitación de la señal (4), típicadel proceso de FM. El láser (16), a través del modulador óptico (12) es modulado por laseñal (4) del limitador (11) y proyecta el rayo de láser modulado sobre el disco virgen (14).El motor (15) produce la rotación de este disco y el dispositivo (13) realiza el avance delpick-up del láser. El resultado es el depósito de una pista de pozos y planos (5) que tiene

impresa la información de audio y video del disco LD o CDV.Conviene analizar más a fondo las mejoras introducidas por el proceso digital degrabación que se efectúa en losdiscos LD, CDV y de CD en ge-neral. Si bien ya habíamos tratadoeste tema anteriormente, con-viene reverlo nuevamente a la luzdel comportamiento comparativode diferentes plataformas digitalesy analógicas. Para ello recurrimosal esquema de la figura 3.19, en elcual se revisa la situación, bajo el

aspecto del rango dinámico deestas plataformas.

En la escala (1) de esta figuravemos el nivel de la presión sono-ra en dB, tomando como nivel dereferencia 85dB. Este nivel corres-pon de eléctricamente a 1 miliwattde potencia sobre un resistor decarga de 600 ohms. En una escalade Unidades de Volumen (VU) seconsidera este nivel como ceroVU (0 VU). Esta lectura se obser-



Fig. 3.18

Fig. 3.19



va en la escala a la derecha del gráfico. En unaescala de au dio digital, este valor correspond ea -20dB. Se observa que el rango audible delsonido ambiental se extiende desde unos 3dBcomo umbral de audición hasta unos 120dB

como sensación de dolor. Esta diferencia denivel de presión sonora se denomina, como sesabe, rango dinámico y corresponde a más de1.012 veces. Se observa la flexibilidad y adapt-abilidad del oído humano. El valor exacto

depende, en realidad, también de otros factores, como ya pudimos apreciar en la figura 1.1.El rango dinámico de los discos CD y de las pistas de audio digital del LD surge de la barrade la derecha del gráfico y es el valor más alto en las plataformas para electrónica del con-sumidor. Las pistas analógicas grabadas con láser corresponden a la segunda barra de laderecha y su rango es inferior a las pistas digitales.

Un comportamiento muy bueno lo demuestra la tercera barra de la derecha que corres-ponde a los grabadores de cinta magnética del tipo profesional. En cambio en el grabadorde audiocasete analógico para el hogar, el rango dinámico es sustancialmente menor.

Los discos LP de vinilo en su versión de "grabaciones de referencia", tienen en esteaspecto un comportamiento superior, si bien las grabacionesdigitales los superan ampliamente. En la figura 3.20 podemosdistinguir los logos correspondientes a diferentes tipos d e d is-cos digitales como el CD de audio, el CD single, el disco láserLD y el disco CDV.

3.5. La grabación de discos CDLa producción de discos CD y similares es un proceso com-plejo y de gran precisión, que necesariamente requiere insta-

laciones industriales de e nvergadura. Los pasos para este p ro-ceso surgen de la figura 3.21 y se basan en una operaciónsimilar al fotograbado. Un disco de vidrio es recubierto conuna delgada capa plástica en una de sus caras y una capa dematerial fotorresistivo en la otra.El plástico actúa como protección del disco y la capa fotorre-sistiva para crear una zona fotosensible.El disco con sus dos capas es puesto en un torno óptico quehace girar el disco mientras un rayo láser de p recisión expo nepartes del material fotorresistivo a su acción. Como vimos enla figura 3.18, el rayo láser es modulado por los datos digi-tales codificados. Después de la exposición al rayo láser, el

disco es revelado en un proceso fotográfico convencional yde esta manera se forman los pozos y planos.Después del revelado, el disco es cubierto con un baño deplata y protegido con otro baño de níquel. Este conjunto deprocesos forma el máster metálico que es sometido a unacuidadosa inspección para descubrir eventuales fallasmicroscópicas.Para duplicar el máster metálico se produce primero un discomadre intermedio que se usa como troquel (stamper). Estostroqueles son los que producen los discos finales, aptos parala comercialización (inspección, etiquetación, embalaje).Este proceso industrial para la fabricación de los discos CD no



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Fig. 3.20

Fig. 3.21 (A)



es apto para producciones en escala reducida, ni para una producción casera depocas unidades. Existen, sin embargo, discos virgen del tipo CD-R (CDRecordable = discos compactos grabables) que poseen una capa de pigmentosborrables (Erasable Pigment), cuyo aspecto vemos en la figura 3.23. El disco vir-gen RDD-60 de Pioneer es uno de estos discos que se pueden grabar una vez y

reproducir muchas veces. El término en inglés es WORM (Write Once - ReadMany times = escriba una vez - lea muchas veces).

Para distinguir este tipo de CD-R de otros tipos de CD, el color del disco vir-gen es azul. Estos discos se pueden grabar en unos equipos de grabación, mod-elo PDR-09 de Pioneer, que vemos en la figura 3.22, y que permite grabar los dis-cos vírgenes con todas las características propias del CD de acuerdo a las condi-ciones del Libro Rojo.

El modelo PDR-09 posee una característica adicional al aceptar como señal deentrada toda clase de información digital, aun aquellas que tienen una frecuen-cia de mue streo de 32 ó 48kHz y los graba en el formato digital con muestreo d e44,1kHz del CD, con palabras digitales de 16 bits.

Un circuito de conversión Legato Link permite incluso llegar a frecuenciassuperiores a la gama de 20 a 20.000Hz, típica del CD, al efectuar la conversiónde muestras en intervalos de 20,8µs equivale a una frecuencia de muestreo de48kHz.

Existen también equipo s de grabación para discos CD-R de otras marcas, porejemplo, el modelo CCD521de Philips y en todos loscasos los CD-R grabadorson perfectamente leídospor cualquier tipo o modelode reproductor de CD. Elmodelo CCD521 de Philips

que vemos en la figura 3.24,permite grabar también dis-cos CD-ROM-XA y CD-I dedoble velocidad.

Todos los grabadores dediscos ópticos permitentambién su reproducción.Los grabadores de CDgozan de gran aceptación para fines comerciales en empresas que difundencon ellos sus catálogos y otras informaciones. En momentos de escribir estecapítulo existen en el mercado modelos de varias marcas. Uno de ellos esel modelo PRO-MEDIA de Sony cuyo aspecto observamos en la figura 3.25.

Este modelo está destinado al mercado profesional y multimedia.En la figura 3.26 vemos otro tipo de CD-R de la marca DIC//Digital que

se ajustan en su estado virgen a las normas del Libro Naranja y, una vezgrabados, cump len también con las no rmas del Libro Rojo. Su cap acidad esde 580Mbits para 63 minutos de grabación y de 680Mbits para 74 minutos.

3.6. El disco compacto de resolución extendidaA través de los años se fueron estableciendo procedimientos de rutina

en la grabación comercial de los discos compactos (CD). La instrumentaciónutilizada en este proceso es generalmente de rutina, pero a pesar de la ca-lidad profesional de la misma, se producen a veces inconvenientes deorden práctico que, sin embargo, pueden ser eliminados por medio de



Fig. 3.21 (B)

Fig. 3.23

Fig. 3.22



equipo s y métodos más avanzado s. Este es el caso de los discos CDque con un cambio en los equipos usados pueden lograr una per-fección muy avanzada y merecen ser incluidos en un subgrupoespecial que se ha dado a conocer con el nombre de XRCD =Extended Resolution Compact Disc (disco compacto de resolución

extendida). El proceso que lleva a la producción del XRCD estáconcentrado principalmente en la transferencia del material analógi-co convencional a un medio digital, capaz de elaborar señales dealta resolución de b its. Se usa para este fin u n con versor analógico-digital de 20 bits y un sobremuestreo de 128 veces, el modelo K2Supercodificador de JVC. El K2 provee un rango dinámico de108dB con una distorsión armónica total THD de -96dB y unarespuesta plana de frecuencia de ±0,05dB en su banda pasante.Además brinda una reducción sustancial de la distorsión armónicade señales de bajo nivel.El Supercodificador K2 provee también la posibilidad de convertirlos bits de 20 a 16 y reformar la señal de salida para eliminar eltemblor (jitter) de la base de tiempo en el flujo de los datos digi-tales.En su estado de 20 bits la señal es transferida a un equipo Sony tipoPCM-9000, que lo graba en un MD (Mini Disc) que es un mediomagneto-óptico con capacidad para señales de 20 bits. Se usa esteMD como soporte intermedio para depositar la información en sutransporte a la planta de producción del disco CD. En los procesoshabituales no se usa el MD y, en su lugar, puede depositarse lainformación de audio a una cinta analógica del tipo U-matic 1630.En la planta de producción se usa el MD proveniente del PCM-9000

de Sony de 20 bits para transfor-

marlo nuevamente a 16 bits, perocon un conversor K2 que retienela elevada resolución de los 20bits y brinda así una señal de 16bits con todas las ventajas de bajoruido, sin necesidad de recurrir aun proceso de formación delruido (noise shaping). Esta señalde 16 bits es después codificadaen EFM.Otro circuito del conversor K2,denominado K2 Laser, es usado

para reformar la señal EFM antesde pasar al cortador de vidrio deldisco máster.A través de todo este proceso seusa un clock de palabras (WordClock) para mantener un sincro-nismo estricto entre todas las eta-pas que intervienen en el proce-so. Se usan también fuentes dealimentación de alterna regu-ladas, para tener una base establede referencia. Los cables son del



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Fig. 3.24

Fig. 3.26

Fig. 3.25



tipo SDIF-2 que proveen una transmisión superior de señales digitales de audio, superior alas especificaciones AES/EBU. El informe de JVC destaca curiosamente que se ensayarondiferentes materiales para los cables, entre ellos oro de 24 quilates y cobre puro, pero quefinalmente se optó por aluminio después de ensayos extensos de audición.

El resultado final de este proceso de fabricación es la transferencia digital de la más alta

calidad entre el máster y el CD.El autor de la presente obra tuvo oportunidad de asistir a algunos ensayos y demostra-

ciones con el resultado final de este proceso, el disco XRCD y pudo probarlo también ensu equipo propio, con resultados realmente asombrosos en cuanto a la ausencia total deruidos digitales.





LOS DISCOS DVD CON SONIDODIGITAL DOLBY AC-3

4.1. Prestaciones y normas del DVD (Digital Video Disc)A principios de 1996 se presentó en el mercado un nuevo formato de disco digital paraaudio y video, el DVD (Digital Video Disc), cuyo aspecto se observa en la figura 4.1. Si bienen este sentido el DVD posee características similares a otros discos del tipo CD, existentambién numerosas diferencias que afectan no sólo a su performance en audio sino tam-bién en video. El sistema de audio usado es el Dolby Surround Digital AC-3, cuyo logotipose observa en la figura 4.2.

Antes de establecer todas las prestaciones del DVD en detalle y considerar también susaspectos constructivos, indicaremos en la Tabla 4.1 las especificaciones del DVD en com-paración con las especificaciones del CD convencional de aud io. Con estos datos podremosapreciar las diferencias y similitudes entre ambos.

_______________________________________________________________

Tabla 4.1. Especificaciones del DVD y CD

Espe cificacione s CD DVDDiámetro del disco 120 mm 120 mmEspesor del disco 1,2 mm 1,2 mmEstructura substrato simple dos substratos de 0,6 mm unidosLo ngitu d d e o nd a d el láser 780n m (in frarro jo ) 650 y 635n m (ro jo vis.)Apertura numérica 0,45 0,60Distancia entre pistas 1,6µm 0,74µmLongitud menor de pozos 0,83µm 0,4µmVelocidad de referencia 1,2 m/ seg CLV 4,0 m/ seg CLVCapa de datos 1 1 ó 2Capacidad de datos aprox. 680 Megabytes capa simple: 4,7 Gbytes

capa doble: 8,5 GbytesCompresión de video MPEG 1 MPEG 2Tiempo de rep roducción audio 74 minutos audio y video: 133 minutos p or ladoTasa de datos de refe rencia modo 1: 153,6 kbytes/ s 1 ,108 k ilobytes/ seg nominalTasa de datos para video 1,44 Megabytes/ s 1 a 10 Megabyte/ s var.

(audio, video, subtítulos)Pistas d e so nid o 2 can ale s MPEG 2 can ale s lin eal. PcM

2 canales /5.1 canales digitales AC-3Subtítulos sólo en imagen visible hasta 32 idiomas seleccionablesDatos de computación --- optativo 8 canales________________________________________________________________

Al estudiar estas especificaciones, observamos de inmediato diferencias importantes enel sector del láser de lectura y en la d istribución d e p ozos y p lanos dep ositados en e l DVD.En la figura 4.3 vemos el aspecto ampliado comparativo de esta característica en CD y DVD.Al usar en el DVD un rayo láser con una longitud de onda más corta de 650 y 635nm enlugar de los 780nm del CD, deben usarse pozos más pequeños, ya que ambos parámetrostienen una relación muy estrecha. A la vez, el uso de la longitud de on da y dimensionesde los pozos más reducidos, permite la ubicación de mayor cantidad de información en eldisco DVD.

Estas y otras características permiten al DVD realizar las siguientes prestaciones:Tiempo de ejecución extendido. El DVD provee 133 minutos de video de alta resolu-

ción y audio Hi-Fi multicanal en cada cara del disco.

Calidad de imagen. El uso de la compresión digital de imagen, tipo MPEG 2 permite al

LOS DISCOS DVD CON SONIDO DIGITAL DOLBY AC-3


CAPITULO 4

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DVD reproducir la misma calidad de imagen que las cintas mag-néticas profesionales (máster) de los estudios de TV con una re-solución de 10 megabits por segundo.

Preparado para sonido Dolby Surround Digital AC-3. Este sis-tema de sonido digital envolvente provee 5.1 canales indepen-

dientes de audio con una gama de frecuencias completa.Apertura numérica del láser. La mayor apertura numérica del

láser contribuye a que el rayo láser sea más angosto y posea unenfoque más nítido.

Idiomas múltiples. La capacidad de la información digital per-mitiendo la grabación y reproducción en el DVD de variosidiomas y subtítulos, es un verdadero medio multilengua.

Relación de aspecto múltiple. El DVD permite la reproduc-ción de películas en los formatos 4:3 ó 16:9, a voluntad delusuario.

Información interactiva de los programas. El DVD al permitirelegir varios diferentes ángulos de cámara y de texto del discoproporciona un nuevo elemento interactivo al entretenimiento.

Alta calidad del sonido digital. El DVD al permite registrarsonidos de alta fidelidad con una reproducción delsonido en una tasa de muestreo de hasta 96kHz con re-solución de 24 bits.

Medio de almacenaje de alta densidad. Un DVDpermite almacenar 4,7 gigabytes de datos en una solacara, unos 7,8 veces mayor que un CD-ROM. Un discoDVD de dos capas almacena en ambas caras hasta 17gigabytes de datos digitales, un valor que es unas 28veces más alto que el de un CD-ROM.

Para apreciar debidamente la forma en que se rea-liza la lectura de dos capas de un DVD, con un solo rayo de láser y sin inversión del mismo,vemos en la figura 4.4 el aspecto parcial del corte transversal de un disco DVD. Se obser-van las dos capas de pozos y planos grabados, una en el sustrato superior y otra en el sus-trato inferior. El rayo láser se enfoca de diferente manera en la lectura de ambos sustratos.Esto le permite hacer impacto en uno de los sustratos o en el otro, desde luego en formacompletamente automática. Esta posibilidad surge del hecho de que el recubrimiento semi-transmisivo de la pista inferior permite la llegada a la capa superior al traspasar la capa infe-rior. La capa superior tiene un recubrimiento reflectivo. En esta operación se conmuta elfoco del rayo láser con la ayuda de una lente holográfica.

La calidad de la imagen del DVD supera todos los medios anteriores, incluido el LD(capítulo 3.4.). Recuerde que el LD graba una señal analógica de video, en cambio el DVD

graba una señal digital con su relación S/R superior y con una reserva de bits que superatodas las exigencias razonables. Las normas del video digita son las CCIR-601 que especi-fican una tasa de 167 megabits por segundo. Con la capacidad de 4,7 gigabyte del DVDesto sólo alcanza para 4 minutos de video digital.Para lograr entonces la capacidad de almacenajenecesaria se recurre a un proceso de compresión deseñal que en el caso de DVD es el MPEG-2 que fuecreado por el Grupo de Expertos de Imagen enMovimiento (Moving Picture Expert Group), una enti-dad profesional que anteriormente había desarrolladoel MPEG-1 con características menos exigentes. ElHD814110 de Hitachi es un procesador para el



Fig. 4.1

Fig. 4.2

Fig. 4.3



MPEG-1. El algoritmo del MPEG-2 analiza constantemente laseñal de video para detectar redundancias.Se afirma que cerca del 95% de los datos digitales de unaseñal de video pueden ser redundantes y, por lo tanto,pueden ser comprimidos sin que ello afecte la calidad de la

imagen. Al eliminar una gran parte de las señales redun-dantes, se puede obtener una tasa de bits mucho más reduci-da sin perjudicar la calidad de la imagen. Un procesadorpara MPEG-2 de un solo chip es el tipo HDM-8211 deHyunday. Para tener una idea de la complejidad de este tipode procesador, diremos que el mismo utiliza un proceso defabricación de tres capas de 0,8µm, con una tensión de 5volt, y está encapsulado en un formato de 208 patas (vea lafigura 16 al finalizar este capítulo). Al análisis por redundan-cia se agrega otro que determina la complejidad de cada

señal de video y divide el resultado de este análisis en dos partes: uno de mayor y otro demenor complejidad. Ambos son muestreados de diferente manera para brindar tasas de bitsde mayor o menor cantidad. En los extremos se puede encontrar 1 megabit por segundoen la parte baja y 10 megabit por segundo en la parte alta.

Este proceso es adaptable, en forma parecida al proceso que vimos en el Capítulo 3.3y, por lo tanto, sólo indicamos como valor típico una tasa de 3,5 megabits por segundo. Lacantidad real va a fluctuar en concordancia con el programa, el largo de una película, lacomplejidad de la imagen y la cantidad de canales de audio requeridos. Existe una simpleexpresión matemática para obtener el "espacio" digital necesario para una determinadagrabación en el DVD. La cantidad de bytes necesaria para una determinada película puedehallarse usando los siguientes parámetros:

complejidad de la película: . . . . . . . . . . .ccantidad de idiomas: . . . . . . . . . . . . . . .i

cantidad de subtítulos: . . . . . . . . . . . . . .stiempo de la pe lícula: . . . . . . . . . . . . . . .tcantidad de megabytes/seg . . . . . . . . . . .R

Siendo, entonces: R = ((3,5c + 0,384i + 0,01s).60.t)/8 en megabytes por segundoHay que recordar que la capacidad total del DVD es de 4.962 megabytes po r segundo, p or

lo tanto si se usa un solo canal de idioma del sonido en lugar de tres, los bits no usados paraaudio pueden usarse para video y se puede grabar más de 133 minutos de película. A conti-nuación indicamos dos ejemplos típicos, basados en la fórmula mencionada más arriba:

1) c = 1, i = 1, s = 1, t = 160 minutosR = ((3,5x1) + (0,384x1) + (0,01x1) x (60 x 160)/8 =R = 4.672,8 megabyte por segundo = 4,673 gigabyte por segundo.

2) c = 1, i = 3, s = 4, t = 133 minutosR = ((3,5x1) + (0,384x3) + (0,01x4) x 60 x 133)/8 =R = 4.680 megabyte por segundo = 4,680 gigabyte por segundo.

Se observa que la película de 160 minutos de duración usa un espacio digital un pocomenor que la película de 133 minutos, debido a la menor cantidad de canales de audio. Lacantidad de información de audio es muy importante para la cantidad total de bits usados.

4.2. Los sistemas Dolby Surround y sus procesadoresEl uso del sistema Dolby Surround digital AC-3 nos brinda una información muy com-

pleta al suministrar seis canales discretos (separados) de audio por medio de seis parlantes



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Fig. 4.4



cuya ubicación se observa en la figura 4.5. La ubicación de las seisfuentes de sonido es muy importante, debido a los efectos impre-sionantes que se pueden lograr con los canales discretos. En unademostración práctica que tuvimos la oportunidad de asistir,escuchamos una persona hablando en el canal central del frente,

otra en el canal posterior de izquierda y una tercera en el canal pos-terior derecho. Las tres personas se expresaban en d iferentes idiomasy el efecto espacial del sistema era tan sorprendente que todo elauditorio pudo localizar el punto de origen de cada uno de los locu-tores.

El sistema Dolby Surround Digital AC-3 es una ampliación deldesarrollo que se originó en el Dolby Surround y siguió con El DolbySurround Pro-logic, ambas plataformas multicanales analógicos. Labase de ambos sistemas es una técnica analógica de multiplexado desólo dos canales, de izquierda y de derecha. En el Dolby Surroundse obtienen cuatro canales, uno frontal de izquierda, otro frontal dederecha, y dos canales de sonido envolvente (Surround) que se apli-can a los dos p arlantes posteriores. El sonido envolvente es monoau-ral. En algunas instalaciones se agrega un parlante central en elfrente, pero alimentado por la información disponible de los cuatro canales. La direc-cionalidad de esta disposición no es muy perfecta, pero el efecto sonoro puede ser muyagradable si los amplificadores y parlantes poseen la fidelidad y potencia adecuados.

Un desarrollo adicional al Dolby Surround, fue el Dolby Surround Prologic, que tam-bién tuvo sólo dos canales multiplexados pero con el agregdo de procesadores de controlque permiten una distribución y separación de los canales en forma más perfecta. Seobtiene con este sistema cinco canales multiplexados al agregarse un canal de graves, elsubwoofer.

Los canales del sonido envolvente poseen un desfasaje adicional que mejora la sen-

sación de espacialidad, pero necesita un decodificador específico para aprovechar toda lainformación codificada. El subwoo fer se alimenta generalmente a través de un filtro p asaba- jos de 7kHz como frecue ncia máxima.

La cinco señales del Dolby Surround Pro-logic reciben en el receptor-amplificador untratamiento de acuerdo a sus normas. Este decodificador se encuentra muchas veces inclui-do en un circuito integrado especial. Un tipo de integrado usado en muchos equipos enesta función es el SSM-2126A de Analog Devices que está especialmente diseñado para estafunción.

El paso siguiente, en el desarrollo de sistemasmulticanales de Dolby, se encuentra ahora en elDVD en forma del Dolby Surround Digital AC-3. Eneste sistema encontramos las siguientes diferencias

con respecto a los anteriores: 1) Las señales sondigitales y no analógicos. 2) Se usan seis canalesdiscretos. 3) Cinco canales abarcan 3 a 20.000 hertzy un canal de 3 a 7.000 hert. Para destacar estascaracterísticas se denomina este sistema de 5.1canales (5 de gama completa y 1 de gama reduci-da).

El sistema del Dolby Surround Digital seconoce también como AC-3 para indicar que es elAudio Code 3. Se necesitan en este sistema tancomplejo, procesadores esp eciales que transformanel sonido analógico original en una cadena de bits



Fig. 4.5

Fig. 4.6



de 384 kilobit (0,384 megabit). En la fórmula vista más arriba se usa este valor para loscanales de audio. Una vez demodulado en el receptor, los canales se envían a seis canales:izquierda frontal, derecha, frontal, centro frontal, subwoofer, izquierda envolvente yderecha envolvente, tal como vimos en la figura 4.5. En algunas p ropue stas puede variar laubicación del subwoofer. Si bien esta distribución es similar al Dolby Surround Pro-logic, la

diferencia principal es la separación total que existe entre los seis canales discretos.Los procesadores disponibles para el Dolby AC-3 son varios y algunos con funciones

múltiples.El ZR38500 de Zoran puede usarse para el procesamiento de señales Dolby AC-3 (di-

gital) y Dolby Pro-logic (analógico), el ZR3852 posee dos canales de Dolby AC-3 y uno paraMPEG-1. Esta característica lo hace indicado para equipos binorma PAL-NTSC, ya que enreproductores de DVD para PAL se usa el MPEG-1, mientras que en NtSC se usa el DolbyAC-3. El tipo ZR38501 tiene dos canales AC-3 para uso en TV por cable y satélite DBS(Digital Broadcast Satellite). En la figura 4.6 vemos uno de los procesadores de Zoran.

Motorola ofrece un procesador de 24 bits, el DSP56009. También Pioneer produce unprocesador, el PD-4606A, que funciona como demodulador de RF del AC-3. Este chip dePioneer está destinado específicamente para equipos de discos láser LD que poseen graba-dos un canal Dolby AC-3 en lugar de uno de los canales de audio analógicos. Existen enel mercado varios discos LD que poseen esta característica, como por ejemplo el disco LDque vemos en la figura 4.7 y también otros más.

El procesamiento de las señales del Dolby AC-3 requiere un algoritmo complejo quedescribiremos a continuación. La cantidad de bits disponibles en el AC-3 para el proce-samiento de audio es de 384 kilobits por segundo, pero la cantidad de bits necesaria parala codificación de la señal digital es mucho mayor y, por este motivo, se introduce un a com-presión de 10 a 1. Se logra con ello un rango dinámico de 108dB con señales digitales deaudio d e 20 bits. En los CD se usa una frecuencia de muestreo de 44,1 kilohertz con 16 bitsde la señal PCM y se logra con ello un rango dinámico de 96dB. Se observa la superiori-dad del AC-3, a pesar de la compresión.

Para la compresión de las señales de audio serecurre, como siempre, a características específicasdel oído humano ya mencionadas y que consisteen la eliminación de componentes consideradosinaudibles o enmascarados por otras señales pre-sentes simultáneamente. Así se aprovechan todoslos bits dispon ibles p ara las señales audibles impor-tantes.El sistema de codificación del AC-3 permite elprocesamiento de señales de audio digitales y mo-dulados por PCM (Pulse Code Modulation), conpalabras digitales de hasta 24 bits y con frecuencias

de muestreo de 48 y hasta 96 kilohertz.El algoritmo usado genera un flujo de bits con unaelevada relación entre tasa de bits de entrada y lade salida, lo que constituye una ganancia de codi-ficación.El primer paso de este proceso es la transformacióndel tren de bits de entrada de la PCM en un con-

junto de bloques de coeficientes frecue nciales.Para lograr este cometido se recurre a un patrón defiltros selectivos que determinan e l paso de la señalpor medio de un muestreo de 512 bloques super-puestos.



CAPITULO 4

Fig. 4.7



La superposición de los bloques es necesaria para reducir lageneración de señales espúreas que se pueden formar en el casodel bloqueo de las etapas.

En los CD existen fenómenos similares, lo que obliga a laintroducción de filtros de antialiasado o antiseudónimo, comovimos en el capítulo 2.4. En el Dolby AC-3 se usa en conse-cuencia una transformación denominada TDAC (Time DivisiónAliasing Cancellation) que cancela los eventuales espúreos pro-ducidos. Se generan a continuación bloques de audio de 512muestras que contienen 256 muestras del bloque anterior y 256muestras nuevas. Cada una de las 256 muestras genera, en tonces,un bloque de audio nuevo y cada muestra de entrada de la señalPCM está presente en dos bloques transformados.

El espectro de frecuencias así obtenido puede diezmarseusando un factor de dos. El término "diezmar" se usa en el p roce-

samiento de señales en tiempos discretos para indicar la reduc-ción de la tasa de muestreo.

En el AC-3 se obtiene así 256 coeficientes de frecuencia. Estoscoeficientes poseen un valor binario que consiste en una manti-sa y un exponente binario. Ambos salen por vías diferentes. Lasalida de exponentes da un valor aproximado del espectro de laseñal, llamado "envolvente espectral codificada". Por otra parte,la salida de las mantisas llega a una etapa de cuantificación queevalúa la distribución de los bits. En esta parte del proceso se usa un análisis de la envol-vente espectral codificada, que determina la cantidad de bits que se deben usar en la cuan-tificación de cada mantisa. Se ap lica así el concepto de la compresión p erceptual adap tableque varía constantemente su ritmo en concordancia con las características de las señales a

codificar o decodificar. Se agregan otras señalesauxiliares en el formato final del Dolby AC-3, comopor ejemplo información sobre la tasa de bits, fre-cuencia de muestreo, número de canales codifica-dos y otros.

También se usa un código de redundancia cícli-ca (CRC) para la corrección de errores (ECC),porque, de otra manera, podría alterarse el esque-ma de la codificación. Recuerde que el CRC ya fuetratado en el capítulo 3.2 de la presente obra. En elCRC del AC-3 se usan dos palabras de 16 bits parael proceso de corrección.



Fig. 4.8

Fig. 4.9

Fig. 4.10

Fig. 4.11



4.3. Equipos comerciales de AC-3 y DVDPara la aplicación práctica del Dolby AC-3 se puedeusar en la actualidad los discos láser con pista AC-3 ya mencionados o los discos DVD que estánsaliendo al mercado con títulos abundantes. En lafigura 4.8 vemos el esquema de un sistema dereproducción para grabaciones realizadas en DolbyAC-3.

Los diferentes bloques funcionales son los siguientes: en (1) vemos un reproductor de

discos láser (LD) con salida de RF para Dolby AC-3.El modelo CLD-59 de la línea Elite de Pioneer que vemos en la figura 4.9 puede ser un

equipo para este fin. La señal de RF del Dolby AC-3 es aplicada al procesador (2). Estebloque pue de ser e l modelo SP-99D de Pioneer, que vemos en la figura 4.10. En este p roce-sador encontramos dos etapas principales: el demodulador de RF del AC-3 (3) y el deco-dificador de AC-3 (4). Las seis señales procedente del decodificador (L, R, C, SW, SRL y SRR)son aplicadas a un receptor de señales AC-3 (5) que, a su vez, contiene un preamplificadorde sies canales (6) y un amplificador de seis canales (7).

Los equipos (2) y (5) pueden reemplazarse por un receptor completo de DolbySurround AC-3 (8), como por ejemplo el modelo VSX-99 de Pioneer o el modelo VSX-D3Sde p ioneer.

Este último lo vemos en la figura 4.11.

Las señales decodificadas y amplificadas del Dolby Surround Digital AC-3 son aplicadasahora a sus respectivos parlantes. La señal del frente izquierda al parlante (9), la señal delfrente derecha al (10), la señal del centro frontal al (11), la señal del canal de graves al sub-

woofer (12) y las señales del sonido envolvente a los parlantes (13)y (14), respectivamente.Este tipo de presentación se ajusta a las necesidades del Teatro delHogar, tan populares en la actualidad.En cuanto a los discos DVD propiamente dichos, vemos en la figura4.12 algunos modelos comerciales del DVD con sus estuches típicos.Para la reproducción de los discos DVD existen numerosos modelosde varias marcas, todos aptos para imagen y sonido digital. En la figu-ra 4.13 vemos un prototipo de reproductor de DVD de Sony. En la



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Fig. 4.12 Fig. 4.14

Fig. 4.13

Fig. 4.15

Fig. 4.16



figura 4.14 vemos un modelo de Toshiba y en la figura 4.15 vemos un modelo de R.C.A.que se pu ede usar en locales comerciales, confiterías, etc. para reproducir música e imagendigitales a partir de un surtido de 100 discos DVD, almacenados en una columna especial-mente diseñada como cambiador de discos DVD.

Por último, en la figura 16 se reproduce el aspecto de un procesador HMD8211M de

Hyunday, utilizado para la compresión de señales en un DVD.





P LATAFOR MAS DIGITALES,

MAGNETICAS Y OP TOMAGNETICAS

5.1. El casete compacto digital DCC (Digital Compact Casete)La grabación magnética digital está en uso desde hace muchos años en equipos sofisti-cados para fines profesionales en estudios de TV y como grabador para cintas máster enestudios de grabación de discos y casetes. Para el uso en el hogar fue introducido en 1991por Philips, su creador, seguido muy pronto por otras marcas como Technics, Panasonic yotros.

Uno de los atractivos del DCC es su compatibilidad parcial con el casete compactoCC analógico, que vimos en el capítulo 2.3. En la figura 5.1 vemos el aspecto de uncasete DCC al lado de un casete CC y se observa que las dimensiones son casi idén-ticas. Ambos poseen un ancho de 63,8 mm y un largo de 100,4 mm. En el espesorvemos que el CC posee un espesor mínimo en un extremo de 8,7 mm y un espesormayor en el otro extremo de 12 mm. El DCC posee un espesor uniforme de 9,6 mm.

Este aspecto se observa en la figura 5.2. Para hacer posible la compatibilidad es ne-cesario que la cinta conserve el mismo ancho de 3,78 mm que vemos en la figura5.3, pero con una distribución de pistas adecuada tanto para el funcionamiento digi-tal, como analógico. Se observa la presencia de las cuatro pistas típicas del caseteanalógico y las 2 x 9 pistas del casete DCC digital. La compatibilidad parcial del DCCconsiste en que un reproductor de DCC puede reproducir en forma normal los case-tes analógicos CC y, desde luego, puede grabar y reproducir los casetes DCC. El re-productor analógico sólo pu ede grabar y reproducir los casetes analógicos, aun cuan-

do no haya problemas de tamaño entre ambos. Lo que vale para los casetes y su cinta mag-nética, también vale para las cabezas de grabación y reproducción.En la figura 5.4 vemos la cabeza del DCC con sus secciones analó-gicos y digitales. Asimismo se observa el patrón de pistas para los la-

dos A y B del casete para ambas secciones. Recordemos que el sen-tido de marcha de los casetes analógicos y digitales es inverso, co-mo lo indican las flechas de la figura 5.4 y esto contribuye a la com-patibilidad y permite el uso de ambos tipos de casete en los repro-ductores de DCC.Para ilustrar aun más este aspecto de uso múltiple de ambos tiposde casete, DCC y CC, vemos en la figura 5.5 las diversas aplicacio-nes de ambos casetes y sus equipos correspondientes. En la seccióndi-gital de esta figura, a la izquierda, vemos que en el hogar se pue-de grabar un casete DCC (1) con material proveniente de fuentesanalógicas, discos CD, cintas DAT y DCC y se puede reproducir enequipos DCC portátiles, fijos del hogar o en reproductor DCC para

automóvil. Además, un casete analógico CC (2) puede usarse tam-bién en los medios existentes, como equipos portátiles tipo walk-man, equipos fijos del hogar y en reproductores CC para automóvil.Esto se observa en la sección analógica a la derecha de la figura 5.5.En la figura 5.6 vemos el aspecto de algunos de los equipos men-cionados de DCC para el hogar, portátiles y para automóvil.El casette DCC posee un formato completamente plano, lo que fa-cilita su apilado con varias unidades y permite también la introduc-ción de material impreso, sobre el mismo casete o en su estuche pa-ra fines comerciales, como vemos en la figura 5.7. Además existenen el DCC varias indicaciones sobre diferentes parámetros de usoque se observan en la figura 5.8. Hay indicaciones que permiten

PLATAFORMAS DIGITALES, MAGNETICAS Y OPTOMAGNETICAS


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Fig. 5.3

Fig. 5.2

Fig. 5.1

Fig. 5.4



identificar casetes digi-tales y analógicos, pro-tectores de grabaciónque reemplazan la len-güeta del casete CC, el

tiempo de reproduc-ción de 45, 60, 75, 90,105 y 120 minutos yuna tapa metálica co-rrediza que protege lacinta magnética contracontactos indebidos delexterior del casete. Existen también tres perforaciones adicionales que por ahora se consi-deran indefinidas, pero que en algún momento pueden servir para identificar otras presta-ciones, aún no definidas. Todas estas marcas e indicadores participan en la compatibilidadparcial del DCC, ya que sólo son reconocidos por los equipos DCC, pe-ro no por los de los CC. Esto evita la inserción indebida de casetes di-gitales en equipos analógicos.

Para mantener la compatibilidad entre DCC y CC es necesario con-servar la velocidad de transporte de la cinta magnética de 4,76 cm/seg.Esto limita las posibilidades del DCC a depositar la información digitalen la cinta magnética. Las normas MPEG 1 fijan la cantidad de 384 ki-lobits por segundo como necesaria para la reproducción de señales di-gitales de audio, como ya vimos en capítulos anteriores. Para lograr es-ta densidad de bits en el DCC es necesario introducir una codificaciónde compresión adaptable que se denomina Precision Adaptive Sub-Co-ding, abreviado PASC y que permite alcanzar una resolución de 16 bits,similar a la que se usa en el CD, si bien en este último se logra este valor sin compresión

de señal. La compresión obtenida por medio del PASC es de aproximadamente 4 a 1. Estoresuelve el problema de la capacidad limitada del DCC, pero fue motivo paraque los adeptos al audio high end objeten el DCC como plataforma adecuadaa sus exigencias. Con una frecuencia de muestreo de 48kHz, el PASC brinda384 kilobits por segundo de información digital, con una frecuencia máximade audio de 22kHz. Otras frecuencias de muestreo están previstas, como44,1kHz para señales hasta 20kHz y de 32kHz de muestreo para señales de au-dio hasta 14,5kHz. Todos los equipos DCC poseen estas tres frecuencias demuestreo y se conmutan en forma automática en la reproducción. Para la gra-bación es necesario seleccionar la frecuencia deseada en cada caso. A conti-nuación presentamos en la Tabla 5.1 las especificaciones técnicas y operativasdel DCC.

________________________________________________________________________Tabla 5.1 Las especificaciones para el DCC

Características Valores

Sección digitalCantidad de canales 2 (estereofónico)Respuesta de frecuencia con fs = 48kHz 5 a 22.000Hz

con fs = 44,1kHz 5 a 20.000Hzcon fs = 32kHz 5 a 14.500Hz

Rango dinámico mayor que 105dBDistorsión armónica total (incluido ruido) mayor que 95dB



Fig. 5.5

Fig. 5.6

Fig. 5.7



Relación señal-ruido (S/N) mayor que 90dBWow y Flutter (lloro y trino) inferior al límite de mediciónFrecuencia de muestreo (conmutación autom.) 48, 44,1, 32kHzCodificación de compresión PASCCuantificación 16 bits lineal

Tasa de los bits de audio 384 kilobits/seg con fs = 48kHzSistemas de corrección de errores RS-PC (Reed Solomon Product Code)Sistema de modulación Ocho-a-diez (Eight-to Ten = ETM)

Sección analógicaSistema de pistas 4 pistas, 2 canels (estéreo)Respuesta de frecuencia (sin NR)Cinta metálica 30Hz a 17kHz, ±3dBCinta CrO2 30Hz a 16kHz, ±3dBCinta convencional (Fe2O3) 30Hz a 15kHz, ±3dBRelación S/N, con cinta CrO2con Dolby C 74dBcon Dolby B 65dBsin NR 56dB (ponderado A)Wow y Flutter 0,07% (WRMS), ±0,2% DINPre-énfasis optativo

CaseteTiempo de grabación 45, 60, 75, 90, 105 ó 120 minutosTipo de cinta similar a cinta de video de cromo

o similarAncho de la cinta magnética 3,78 mmVelocidad de transporte de la cinta 4,76 cm/ seg

Cantidad de pistasdigital 2 x 8 de audio + 1 de subcó digoanalógico 4 pistascabezas 20 canales de película delgadaancho de cada pista mayor que 185µmDistancia entre pistas 195µmEspesor de la cinta 12µmEsp esor del recubrimiento magnético 3 a 4µm_______________________________________________________________

La codificación PASC es esencial para el logro de las prestaciones del DCCy se realiza de la manera que se observa en la figura 5.9. En esta figura seaprecia la ubicación adaptable de los bits de acuerdo al enmascaramiento

de diferentes señales de audio debido a características de amplitud y/o fre-cuencia.Se observan en esta figura, por ejemplo, cuatro señales que sobrepasan elumbral de audición y que se manifiestan con una cantidad de bits variablede acuerdo a su amplitud. Este hecho solo ya constituye un ahorro de bits,pero además se produce el enmascaramiento de cinco señales de diferen-tes frecuencias que se tornan inaudibles por la presencia de las señales au-dibles que alteran el umbral de audición. Como estas señales inaudibles norequieren codificación, también contribuyen al ahorro de bits. Se verificaentonces lo afirmado más arriba en cuanto a la ubicación adaptable (adap-tive alocation) del PASC.El PASC introduce también el concepto de la separación de la señal de en-



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Fig. 5.8



trada en 32 sub-bandas, con un ancho de 750Hz cada una y siempre con unafrecuencia de muestreo de 48kHz. Esta subdivisión se efectúa por medio deun filtro de sub-bandas que dividen el ancho total de 24.000 hertz en la for-ma indicada. Con otras frecuencias de muestreo también varía, desde luego,este guarismo.

Las señales grabadas con la codificación PASC deben ser decodificadasdurante la reproducción. Para ello se divide nue vamente las señales codifica-das en PASC en 32 sub-bandas. Las sub-bandas son después combinadas pa-ra obtener una señal digital de audio de banda ancha que puede ser conver-tida por el conversor digital-analógico en una señal de audio analógica con-vencional para su posterior amplificación y reproducción. El nexo entre lacinta magnética grabada o a grabar y el procesador de decodificación es lacabeza grabadora-reproductora del DCC que posee características muy espe-ciales debido a la necesidad de compatibilizar las señales digitales provenientes de la cintaDCC, con las señales analógicas provenientes del CC (casete compacto). La compatibilidadparcial entre ambos formatos fue una condición "sine qua non" del sistema y permite re-producir en un equipo DCC digital las cintas analógicas que el usuario pueda tener en sucolección.

La construcción de estas cabezas se efectúa en una técnicade Thin Film (película delgada) que permite ubicar nueve pis-tas digitales y dos pistas analógicas por lado en un cabezal re-versible. Este cabezal debe ser capaz, por lo tanto, de ubicar,en el ancho total de la cinta de 3.780µm (3,78 mm), la canti-dad d e 20 cabezas individuales, agrupad as en tres sectores, co-mo vemos en la figura 5.10. Esta figura constituye una réplicadetallada de la figura 5.4 y muestra que las nueve cabezas di-gitales son ocho para la señal y una cabeza auxiliar.

Las cabezas de grabación digital son del tipo IRH (Integra-

ted Recording Heads), las nueve cabezas de reproducción di-gital son del tipo MRH (Magneto-Resistive Heads) y las dos ca-bezas para la reproducción analógica que son también del ti-po MRH. El ancho de las nueve cabezas IRH es de 185µm ca-da una, el ancho de las cabezas MRH de reproducción digitales de 70µm cada una y las dos cabezas MRH para la reproduc-ción analógica tienen un ancho de 600µm cada una. Esta dis-tribución de cabezas de tamaño micrométrico divide la super-ficie del cabezal en dos mitades: una mitad contiene las cabe-zas de grabación y reproducción digital y la otra mitad, las ca-bezas de reproducción analógica.

En una cabeza de grabación integrada, se rodea el conduc-

tor de la corriente de señal con una guía de flujo magnéticoque concentra el campo magnético dentro del entrehierro enforma convencional. La cabeza MRH de reproducción, por otraparte, posee un elemento avanzado del tipo magneto-resistivocuya resistencia varía en concordancia con el campo magnéti-co impreso en él, a partir de la cinta a través de la guía de flu-

jo magnético. Una corriente con stante circula a través de l e le-mento magneto-resistivo, de manera tal que la tensión en susextremos varía en concordancia con el campo magnético im-preso en la cinta. Las cabezas magneto-resistivas son excelen-tes para la lectura de la transición de bits del DCC.

Para la reproducción analógica se aprovecha también la



Fig. 5.9

Fig. 5.10



elevada estabilidad y ausencia de ruidos e histéresis, propiosde las cabezas magneto-resisitvas para lograr la máxima ca-lidad. Al mismo tiempo se logra una respuesta de frecuenciaamplia debido a la alta tasa de bits inherente a estos elemen-tos.

Las caras de las cabezas po seen también un recubrimiento d eprotección para evitar el desgaste en el continuo desliza-miento de las cabezas encima de la cinta magnética. En la ac-tualidad se fabrican cabezales rotativos como, por ejemplo,el tipo RP310R1/15 de Philips, que vemos en la figura 5.11.Esta cabeza incorpora imanes de película delgada que po-seen una inmunidad mejorada contra campos magnéticosdispersos y, además, está sellada en un recubrimiento SPL(Super Protective Layer). Este recubrimiento de reciente crea-ción protege los sensores de película delgada contra even-tuales daños por influencias químicas y mecánicas. Tambiénprovee una protección contra el desgaste en una amplia ga-ma de temperaturas (-20 a +70°C), que prolonga así su vidaútil. Este tipo de recubrimiento SPL es especialmente indica-do para equipos móviles, tanto para automóvil como portá-tiles. Se usa en este tipo de cabezal también el conceptoFATG (Fixed Azimuth Tape Guidance) de alta precisión quegarantiza el alineamiento perfecto de las pistas de la cinta

magnética con el cabezal. Las piezas FATG pueden ser metálicas de una sola pieza y termi-nación maquinada de alta precisión o también moldeadas con materiales cerámicos espe-ciales.

En un sistema alternativo con cabezas fijas que vemos en la figura 5.12, se usa un con-cepto completamente diferente. El modelo P230F1/55 de Philips, al cual corresponde esta

figura, sólo usa un total de 2x18 cabezas para las tres funciones de grabación y reproduc-ción digital y reproducción analógica. La ventaja de este enfoque es la ausencia del meca-nismo de rotación y reversión que se necesita en los cabezales rotativos. En el cabezal fijoexisten 18 cabezas de 70µm para la reproducción d igital de ambas mitades de la cinta. Unacombinación de dos cabezas digitales adyacentes por canal es usada para la reproducciónanalógica. Se usan por lo tanto ocho cabezas digitales separadas entre sí en grupos de dos,para la reproducción analógica. Existen además dos grupos de nueve cabezas de 185µm deancho para la grabación digital. Se observa que este ingenioso método permite reducir lacantidad de cabezas y simplifica la construcción mecánica y el costo del equipo.

La codificación del DCC incluye la grabación de las señales en ocho pistas paralelas,que se den ominan Pistas de Datos Principales. En estas p istas se graban todos los datos d elPASC, datos de corrección de errores y la información del sistema. La novena pista contie-

ne datos auxiliares, tales como información sobre pistas y tiempos, en forma similar a losque se usan en el Disco Compacto (CD). En la figura 5.13 observamos el patrón de table-

ro de ajedrez que caracteriza elDC. Se observan marcadores deadicionales que facilitan la opera-ción. Para aprovechar al máximoel concepto del umb ral auditivo d i-námico, el sistema PASC empleauna representación matemática pa-ra cada muestra de la señal, que sedenomina "representación de pun-to flotante". Cada muestra de señal



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Fig. 5.12 Fig. 5.11

Fig. 5.13



tiene asignadas dos magnitudes: el exponente o factor de escala y la mantisa o resolución.La mantisa es simplemente el valor numérico de la muestra, por ejemplo: 0,7. El factor deescala indica la escala en la cual se mide la mantisa, por ejemplo: 10mV. Si indicamos am-bos, mantisa y escala de valor, obtenemos: 0,7 x 10 = 7mV. El factor de escala o exponen-te abarca toda la señal dentro del rango dinámico y corresponde a un número digital de 6

bits. Con estas dimensiones se abarca el rango desde -118dB hasta 6dB, en pasos de 2dB.Como vimos, la mantisa indica el valor medido de la muestra, que debe ser multiplicadopor el valor de escala. Un valor de 50 puede expresarse por medio de un factor de escalade 100 y una mantisa de 0,5 (0,5 x 100 = 50). La longitud de la mantisa está determinadapor el nivel de cuantificación asignado a la muestra. El mismo depende de la amplitud dela muestra por encima del umbral, la tasa de cambio del patrón de la forma de onda y lacapacidad de datos disponibles. Esto implica que la longitud de la mantisa puede variar en-tre 2 y 15 bits. La señal de audio varía en forma relativamente lenta, si la comparamos conla frecuencia de muestreo (por ejemplo, 1kHz contra 44,1kHz). Esta relación tan alta per-mite que tanto el umbral de enmascarado, como el factor de escala sean calculados, no unavez por muestra, sino una vez para cada grupo de 12 muestras que forman el cuadro para

el PASC. La cantidad de bits de información que se codifica para la mantisa, varía entre unamuestra y otra, de acuerdo con el nivel de cuantización. Los valores digitales resultantes sedistribuyen a través de la capacidad total del cuadro del PASC, de acuerdo a su significan-cia. Este proceso se llama "ubicación adaptable" y mejora la resolución de cada muestra enrelación a la capacidad de datos disponibles.

Ambos aspectos, la representación con "punto flotante" y la "ubicación adaptable" mejoran no tablemente la eficiencia de la cod ificación, lograda po r medio del PASC.

Philips, que desarrolló el proceso del PASC, afirma que el mismo no sólo está basadoen las características físicas, psíquicas y naturales del oído humano. Durante el desarrollo,los valores obtenidos en cada etapa, fueron evaluados por oídos bien entrenados. De estamanera, muchos de los parámetros críticos, como las dimensiones del cuadro del PASC, losrefinamientos en la resolución y la magnitud de los pasos y rangos del factor de escala fue-

ron determinados, no por medio de cálculos teóricos, sino por ensayos prácticos extensi-vos. El resultado de estos procesos es una calidad tonal muy parecida al disco compactoCD y, debido a su representación por medio del "punto flotante", el rango dinámico pue-de llegar a ser superior. No obstante es justo señalar, como ya se hizo anteriormente, quelos adeptos al High End no aceptan el DCC por la compresión de señales que implica. To-dos los datos de la cinta magnética grabada en el DCC están agrupados en cuadros auto-contenidos, separados por intervalos entre cuadros, llamados IFG (Inter Frame Gaps). Paracompensar pequeñas variaciones en la frecuencia de muestreo durante la grabación, es po-sible que los IFG varíen ligeramente en su longitud. También intervienen para localizar elpunto de inicio de los cuadros de cinta.

Cada cuadro de cinta del DCC contiene 12.288 bytes de información, lo que no inclu-

ye los datos de sincronización. Los datos del PASC ocupan 8.192 bytes y la información delsistema, 128 bytes. Los datos del PASC están distribuidos a través del cuadro de cinta en unpatrón de tablero de ajedrez, lo que aumenta la solidez del sistema contra pérdidas momen-táneas de información (drop-outs). Esta técnica está relacionada con el entrelazado utiliza-do en los discos compactos (CD), con la diferencia de que el patrón del tablero de ajedrezestá distribuido dentro de cada cuadro de cinta en forma individual.

La información del sistema suministra los datos para el display (visualización) de men-sajes y también identifica otras partes de información, como datos de Copyright y otros re-lacionados con la cinta grabada. Los restantes 3.968 bytes constituyen un 40 a 50% de in-formación redundante dedicada a la detección y corrección de errores. Un código CIRC(Cross Interleaved Reed-Solomon Code) protege los datos p rincipales contra e rrores aleato-rios y de impulso o ráfagas. Las dos etapas del CIRC están distribuidos a través de las ocho

pistas de datos principales.





Este potente código de corrección de errores permi-te la corrección de drop-outs de hasta 1,45 mm dediámetro que cubre casi por completo las ocho pis-tas. Puede compensar aun un drop-out mayor queuna pista faltante por completo. Finalmente para op-

timizar la detección de transición de bits durante lalectura de la cinta de señales DCC, el método es re-finado aun más por las características del medio. Es-to se logra por una modulación de ocho a diez, quetraduce los bytes de ocho bits en símbolos de diezbits, libres de componentes de tensión continua pa-ra la grabación. Este p roceso es comp arable a la mo-dulación de ocho a catorce (EFM) del d isco comp ac-to CD.Para lograr los resultados de l revolucionario PASC, seha aplicado al DCC todas las técnicas que han hechodel CD sinónimo de audio de excelencia. Todas es-tán estrechamente integradas y optimizadas para elmedio de la cinta magnética y son fundamentales pa-ra lograr la extrema confiabilidad y calidad de los sis-temas basados en el DCC.

Se puede considerar que, en la actualidad, existen tres plataformas de audio de mayordifusión. Nos referimos al disco compacto (CD), el casete compacto analógico (CC) y el ca-sete compacto digital (DCC). No es de extrañar, entonces, que en el mercado existen yaequipos preparados para reproducir y grabar estos tres formatos. En la figura 5.14 vemosun modelo de Lasonic que posee las prestaciones necesarias para estas funciones.

5.2. La cinta digital de audio DAT (Digital Audio Tape)

El DAT (Digital Audio Tape) fue una de las mejores manifestaciones de la grabaciónmagnética digital que ganó su prestigio precisamente por no haber recurrido a ningunacompresión de señal. El proceso del DAT es, por lo tanto, completamente lineal: toda lamúsica, nota por nota, que se produce, enmascarada o no, es transferida a la cinta magné-tica digital. El DAT es una de las plataformas digitales aprobadas por los amantes del HighEnd, al igual que el CD con el cual tiene muchas características similares, dentro de sus na-turales diferencias de ser uno: un disco óptico y el otro: una cinta magnética.

La elevada tasa d e mu estreo de 48kHz hace factible la grabación de hasta 24kHz de se-ñal de audio, aunque las razones obvias de las limitaciones de la audición humana restrin-gen este rango a 22.500Hz.

El resultado en la práctica es mejor aun, como en todos los sistemas que no son exigi-dos hasta el límite teórico de sus prestaciones. Otras frecuencias de muestreo son factibles

y se usan en los equipos, como 44,1kHz y 32kHz. La primera es igual a la frecuencia demuestreo del CD y brinda, al igual que en el mismo, una frecuencia límite de audio de20kHz y el segundo coincide con otros servicios terrestres y satelitales de transmisión digi-tal de audio, como por ejemplo el Nicam, que se usa en el servicio de televisión en algu-nos países europeos con un límite de frecuencias de audio de 15kHz.

El casete de audio usado en el DAT tiene el aspecto que vemos en la figura 5.15 y tie-ne una cinta magnética con un ancho nominal de 3,8 mm, con límites específicos de 3,81+ 0,00 - 0,02 mm.

El recubrimiento magnético de la cinta del DAT tiene una coercitividad de unos 1.650oersted y un flujo magnético residual de 1.900 gauss. Estos valores son superiores a losacostumbrados en otras cintas para audio, como el CC y el DCC y se asemeja más a las ca-racterísticas de cintas magnéticas para video. La respuesta de frecuencia entre 1,5MHz y



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Fig. 5.14

Fig. 5.15



130kHz no debe variar en más de 0,3dB. Existen casetes con duración entre 15 y 122 mi-nutos, con las características que surgen de la Tabla 5.2.

________________________________________________________________Tabla 5.2. Características de casetes para DAT

Tiempo de grabación Designación Lon gitud de la cinta15 minutos 15MQ 7,6 metros30 minutos 30MQ 15,3 metros48 minutos 48MQ 24,6 metros62 minutos 62MQ 31,5 metros92 minutos 92MQ 47,0 metros122 minutos 122MQ 61,0 metros

________________________________________________________________

Los datos de la Tabla 5.2 corresponden a cintas de la marca DIC//dat, serie MQ. En laTabla 5.3 presentamos una selección de casetes de DAT de la marca Panasonic con los va-lores que esta marca indica.

________________________________________________________________Tabla 5.3. Características de casetes para DAT

Tiempo de grabación Designación Lon gitud de la cinta46 minutos RT-R46P 23 metros60 minutos RT-R60P 31 metros90 minutos RT-R90P 46 metros120 minutos RT-120P 60 metros________________________________________________________________

En la figura 5.16 vemos el surtido de casetes DAT de Panasonic. En otrasmarcas, como Denon, existen casetes DAT hasta 180 minutos de duración. Lasdimensiones del casete DAT son las siguientes: 73 x 54 x 10,5 mm. Se usa una

cinta de 3,8 mm de ancho y 13 µm de espesor. El transporte se efectúa normal-mente a 8,15 mm/seg. La grabación de la cinta se realiza en forma helicoidal,similar al método usado en las cintas para video. En el DAT se producen pis-tas adyacentes con un ancho de 13,591µm. Estas pistas poseen una inclinaciónde unos 6 grados y ocupan sólo unos 2,613 mm del ancho para ubicar el conjunto de pis-tas. El tambor rotativo del DAT da cabida a dos cabe zas que graban en forma alternada unapista por cabeza (A, B, A, B, ...). La señal a grabar es, desde luego, digital y debe ser pro-cesada adecuadamente, como vemos en la figura 5.17. Se graba en primer término 8 blo-ques de subcódigos para la indicación de comienzo y fin de cada pieza musical y otros ti-pos de información de servicio. A continuación se graba 5 bloques de una señal de estabi-lización y sincronismo, llamada ATF (Automatic Track Finding = se-guimiento automático de p istas). Recién desp ués se graba la señal de

audio en un proceso de PCM (Pulse Code Modulation). El total debloques grabados por pistas es de 169 bloques, entre subcódigos, se-ñal de ATF y señal de audio. Cada bloque contiene 8 bits.

El tambor de cabezas posee un diámetro de 30 mm y gira a unavelocidad de 2.000 revoluciones por minuto. El ángulo de rodeo en-tre tambor y cinta es de 90 grados. Otros ángulos, velocidades de gi-ro y diámetro son posibles, siempre que se conserve la velocidadnormalizada entre cabeza y cinta magnética. Este tipo de operaciónes similar a lo usado en videograbación, donde existe una situaciónsimilar entre VHS y VHS-C. Para los interesados en este tema reco-mendamos el libro "Videograbadores, Teoría y Práctica", de EgonStrauss, publicado por Editorial Quark.



Fig. 5.16

Fig. 5.17



Las cabezas de lectura-escritura del tambor,poseen un ángulo de 20 grados para evitar lamodulación cruzada (crosstalk) en tre las cabe-zas y las pistas grabadas por ellas. En los cir-cuitos de interfaz del DAT deben existir los

conversores analógicos-digitales para la graba-ción y digital-analógicos para la reproducción.Estos circuitos siguen rigurosamente las reglasdel teorema de Nyquist para evitar el aliasado(seudónimos) que se puede producir al no res-petar la norma de Fsc = 2 x Fmáx.Las palabras digitales poseen una longitud de16 bits con sus 2 posibilidades de indicaciónde magnitudes. Los valores numéricos indican

que la cuantización de la señal se efectúa en 2,46 megabits por segundo 3n 31 modo con-vencional del DAT que podemos llamar SP (Standard Play) como en video. Existe, sin em-bargo, también un modo de larga duración LP (Long Play) que funciona con sólo 1,23 me-gabits por segundo y una velocidad de la cinta de 4,075 mm/seg. En este caso se duplicael tiempo de reproducción y una casete de dos horas, puede durar cuatro horas. Un datointeresante adicional es el hecho que la velocidad de búsqueda de la cinta del DAT puedellegar a 200 veces la velocidad normal de lectura.

El DAT produce una señal que se reproduce con un rango dinámico de 98dB y una se-paración de canales de 90dB. La relación S/N es de unos 96dB. La distorsión armónica to-tal (THD) es menor al 0,0005% y los fenómenos de Wow y Flutter pueden considerarse ine-xistentes y no medibles. La altísima calidad de audio del DAT y la facilidad de su grabaciónhan producido una traba para la difusión del sistema por parte de las empresas grabadorasque no han producido el software usual para este formato. La causa es, desde luego, el te-mor de los fabricantes de CD de que un usuario del DAT pueda producir copias clandesti-

nas de los CD con una calidad idéntica al original. Por este motivo, el uso del DAT se limi-tó a los profesionales que requieren originales de alta calidad y no se difundió el DAT en-tre el gran público a pesar de sus excelentes características.

El temor del sector grabador de CD se redujo en 1990 cuando se introdujo un sistemade protección, llamado SCMS (Serial Copy Management System = sistema de organizaciónde copiado en serie). Con este sistema se incorpora en los equipos y en las cintas graba-das con ellos, señales que impiden la grabación de DAT a DAT y que además permiten sa-car sólo una copia de cada CD po r vez. El copiado masivo resulta así imposible. Para el uso

casero en el hogar esto no es un obstáculo, ya que el usuarioparticular puede sacar una (y sólo una) copia de cada CD desu preferencia, pero la explotación comercial queda imposibi-litada. En la figura 5.18 vemos el aspecto de un equipo de me-

sa para DAT, pero también existen equipos portátiles de DAT,como el que vemos en la figura 5.19. En el formato DAT exis-ten también los casetes limpiacabezas, como el que vemos enla figura 5.20, que es de Panasonic.

5.3. El Minidisco MDEl Minidisco MD es una plataforma digital de audio del tipooptomagnético. En este disco se combinan técnicas digitalesmagnéticas y ópticas para crear un medio de una fidelidad si-milar al CD, pero con la posibilidad de ser grabado fácilmen-te. Esta propiedad lo hacía muy atractivo en 1991, año de supresentación, cuando la grabación de discos compactos era



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Fig. 5.18

Fig. 5.19

Fig. 5.20



aún una tarea industrial de envergadura y costo, completamente fuera del alcancedel aficionado. El MD posee, sin embargo un poten cial de prestaciones más allá dela simple grabación de audio, ya que se trata de un medio de gran capacidad dealmacenaje con buenas aplicaciones en la industria que usa las computadoras co-mo MD-ROM e, incluso, en la fabricación de CD como vimos en el capítulo 3.6 de

la presente obra, al intervenir como memoria digital transitoria en el proceso llama-do XRCD.

El MD de audio posee un diámetro de 63 mm, encapsulado dentro de un estu-che plástico, como vemos en la figura 5.21. En la figura 5.22 vemos un grabadorportátil de MD (walkman MD) de Sony, junto con un disco MD que permite la gra-bación de 74 minutos de música o datos. Esta duración es idéntica al CD, pero conuna superficie del disco MD cuatro veces menor.

Al reducirse la superficie cuatro veces y, al mismo tiempo, se mantiene el cau-dal de información, resulta necesario introducir en el MD una compresión de señal,

justamente de cuatro veces, sup oniendo corre ctamente que el esp acio individual de infor-mación sea el mismo. La compresión de señales de audio y de video es ya una práctica ca-si cotidiana y se efectuó en el MD con un método propio de Sony, diferente a los métodosusados en otras plataformas en su ejecución, pero desde luego idéntico en sus propósitos.El método de compresión del MD es el ATRAC, sigla que significa Adaptive Transform Aco-sutic Coding = transformación adaptable de codificación acústica. La tasa de compresión su-pera las necesidades mínimas al producirse con una tasa de cinco veces. La velocidad derotación del MD es igual al CD con sus 1,2 a 1,4 m/seg. El disco es de un material plásticode policarbonatos con un espesor de 1,2 mm. El tamaño del cartucho del MD es de 72 x68 x 5 mm.

El proceso del ATRAC se basa en la variación del umbral de sensibilidad auditiva y enuna codificación que se adapta a las necesidades reales de Hi-Fi, sin que ello implique unareproducción total de todos los tonos existentes o producidos en la realidad. Se observaque en este caso también se da amplia intervención al término adaptable para lograr así

una reducción en la tasa de datos necesarios para registrar la información de audio presen-tada. Para lograr esta meta se divide en el ATRAC la banda completa de frecuencias en 52sub-bandas angostas. Estas sub-bandas no están repartidas en forma idéntica en toda la ga-ma de frecuencias, sino se coloca una mayor cantidad en las frecuencias bajas y medias yuna menor cantidad en las frecuencias altas que tienen menor difusión. De acuerdo con lascaracterísticas de umbral y de enmascaramiento de la información, seasigna entonces una cantidad determinada de bits a cada banda de lacantidad total dispon ible. En e l proceso de codificación se toma en cuen-ta también la velocidad con la cual se producen cambios en la informa-ción. Con cambios rápidos se usan bloques de 1,45 ó 2,9 milisegundosde duración y, por el contrario, con cambios más lentos se usan bloquesde 11,6 milisegundos de duración. Esta división de tiempo no-uniforme

es, tal vez, la clave más importante del éxito del método de codificacióndel ATRAC. Mientras que un CD convencional requiere 1,4 Megabit porsegundo de datos de audio, en el MD se necesitan sólo 0,3 megabits porsegundo para la misma cantidad de información. Estas cifras fueron de-terminadas por una evaluación cuidadosa del tamaño que debía tener (74minutos) y la calidad del sonido. Si bien la calidad de audio es importan-te en todo equipo de audio, en el MD fue sólo uno de tres parámetrostomados en cue nta para su diseño. El resultado final es una calidad simi-lar, pe ro no igual, a la del CD y también en este caso los adeptos al HighEnd expresaron su disconformidad.

Debemos aclarar ahora la posibilidad de grabación que se ha logra-do con el MD. La misma se basa en sus propiedades magneto-ópticas,



Fig. 5.21

Fig. 5.22



como vemos en la figura 5.23. En esta figura vemos en forma es-quemática la ubicación relativa de los componentes de ambasdisciplinas: el láser como componente óptica y la bobina delelectroimán como componente magnética. La señal digital esaplicada a la bobina del electrimán de tal manera que un bit de

valor "1" produce un campo magnético fuerte y un dígito "0" pro-duce un campo magnético muy débil o cero. Al mismo tiempo,el rayo láser incide sobre el disco con una energía bastante ele-vada, del orden de los 4 miliwatt, si bien el valor real del rayoláser es de suma importancia también para la reducción de erro-res de lectura y escritura, como vemos en la figura 5.24. Se indi-ca en este gráfico la potencia de grabación del láser normal en-tre 3,5 a 5,5 miliwatt, aproximadamente. La incidencia del rayoláser produce un calentamiento localizado de muy reducidas di-mensiones en la capa magnética del disco MD. Este punto alcan-za una temperatura de unos 205 grados centígrados, por lo queel material magnético pierde casi toda su fuerza coercitiva en es-te punto y con esta temperatura. Este estado de cosas permite alelectrimán influenciar sobre la capa magnética del disco MD yorientar el magnetismo del punto tocado en concordancia con laseñal digital. Una vez que la rotación del disco continúa, la ca-pa magnética se enfría y el punto afectado conserva su direccióny polaridad magnética. Este proceso se relaciona con el fenóme-no físico, llamado "Punto de Curie" que consiste en que los ma-teriales magnéticos pierdan su imantación al llegar a una tempe-ratura determinada, el "Punto de Curie". En este punto y cercadel mismo, cualquier pequeña fuerza magnética puede llegar aimantar el material magnético que al enfriarse conserva su cam-

po magnético y al calentarse el material de nuevo, este campomagnético se borra en forma simultánea. No se requiere un pro-ceso de borrado por separado.Para poder realizar el operativo magneto-óptico, es necesarioque el disco tenga la construcción adecuada, como vemos en lafigura 5.25. Se observa la construcción tipo "sandwich" del discovirgen. Sobre una placa de resina de policarbonato como sustra-to se deposita un material magnético de ferrite térbico con co-balto. Este material es el indicado p or su u bicación del Punto de

Curie adecuado. A esta capa magnética se agrega una capa reflectiva de aluminio y final-mente, sobre la misma, una capa protectora de plástico.

El sustrato de resinas de policarbonato se encuentra ranurado de fábrica, para

permitir que al grabarlo se formen las pistas correspondientes en espiral. En undisco grabado, las pistas magnéticas ya fueron producidas en el proceso de gra-bación, pero en el disco sin grabar es necesario tener una guía para efectuar elseguimiento de la espiral. La lectura se produce por el rayo láser, pero en lugarde leer p ozos y p lanos como e n el CD y LD, el láser lee minúsculos campos mag-néticos que inciden en la polarización del rayo láser y afectan así su reflexión. Elefecto de influenciar un rayo de luz por medio de un campo magnético, se co-noce con el nombre de efecto Kerr. El MD es, entonces, grabado por el efectode Curie, un efecto termomagnético, y leído por el efecto Kerr, un efecto foto-magnético. En la figura 5.26 vemos este aspecto que nos muestra que el láser yla bobina del electroimán se encuentran en lados opuestos del disco y hacencontacto con e l mismo a través de sendas tapas corredizas en el estuche d el MD.



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Fig. 5.23

Fig. 5.24

Fig. 5.25



El contacto con el imán es físico, ya que lapieza polar toca la superficie del disco y que-da así a sólo 10µm de la superficie magnéti-ca. El contacto con el láser es a través de surayo que cambia de potencia durante la gra-

bación y lectura, como vimos más arriba. Du-rante la grabación está a máxima potencia ydurante la lectura sólo tiene la potencia acos-tumbrada en los reproductores de CD.

El contacto del electroimán con el discoparece no tener efectos perniciosos, ya queSony, el inventor del MD, afirma que se hasometido a los MD a ciclos de grabación ylectura durante un millón de veces, sin obser-var ningún deterioro p erjudicial.

Para asegurar la calidad de la grabacióndel MD se recurre a los mismos métodos delCD. Se usa la mod ulación EFM (Eight to Four-teen Modulation) y también los métodos am-pliamente probados del CIRC (Cross Interlea-ved Reed-Solomon Code). Estos pasos del proceso son importantes para mantenerla máxima calidad del MD y, al mismo tiempo permite también usar las mismas má-quinas y procesos de fabricación para ambos tipos de discos. Esto permite tambiénreducir costos.

Otra consecuencia del sistema ATRAC del MD es la memoria "antichoque", conla cual el MD compensa toda interrupción instantánea en la lectura por medio deuna memoria intermedia, que observamos en la figura 5.27. Este dispositivo se de-nomina ESP (Anti Shock Protection). El flujo de datos provenientes del disco tiene

una velocidad de 1,4 megabits por segundo y es almacenado en una memoria au-xiliar intermedia (buffer), cuya capacidad es de 1 megabit. Al salir de esta memo-ria, sólo lo hace a una velocidad de 0,3 megabit por segundo, quedando por lo tan-to un caudal de bits para 3 segundos de música en la memoria. El codificadorATRAC recibe el flujo de datos de la memoria en esta velocidad de 0,3 megabit porsegundo y, por lo tanto, si retiramos el disco MD del reproductor, aún queda mú-sica para 3 segundos en la memoria. Este caso extremo no se suele dar en la prác-tica, pero el sistema sirve para proteger la reproducción contra interrupciones bre-ves, causadas por los movimientos involuntarios típicos de un equipo portátil. Losusuarios del MD, quienes andan en bicicleta o caminan, están, desde luego, agra-decidos.



Fig. 5.27

Fig. 5.26



PROCESADORESDE AUDIO

6.1. IntroducciónIncluimos en este capítulo los preamplificadores de audio, controles de volumen, tonosy otros, como ecualizadores y amplificadores de potencia. Si bien existen, en la actualidad,en el mercado equipos del tipo valvular, creemos que la presente obra está dirigida más almercado semiconductor de estado sólido y, por lo tanto, nos referiremos especialmente aeste tipo de equipos. Esto no impide que, tal vez, en algún momento hagamos referenciatambién en forma ocasional a los equipos valvulares, si el tema lo hace conveniente, comoya lo hemos hecho en otras secciones del presente tratado.

Si bien efectuamos, en esta introducción, una enumeración por etapas de audio, estono significa que forzosamente serán tratados en este orden ni en forma separada, ya quemuchas de estas etapas están incluidas en equipos de mayor envergadura y no como uni-dades separadas. En la técnica y tecnología actual del audio, en realidad la línea divisoria

no pasa por estos parámetros, sino por el contrario sólo reconoce una separación única,que consiste en equipos analógicos y equipos digitales. Obviamente no podemos descono-cer esta verdad básica y nos regiremos por ella.

6.2. Pream plificad ores de audioLa naturaleza tan distinta de los diferentes productores de señales de audio, hace indis-

pensable crear una interfaz adecuada para cada uno de ellos y esto es precisamente una delas funciones principales de los preamplificadores. Losparámetros de amplitud de la señal de entrada y deimpedancia de entrada, obligan a prever las conexio-nes correctas para micrófonos, p ick-up para tocadisco,reproductor de CD y MD, y señales de audio prove-

nientes de reproductores de LD, videograbadores,camcorder o televisores, la parte d e aud io (A) de la co-nexión de A/V (Audio/Video) y de sintonizadores deRF para AM y FM. A todas estas exigencias se agregaahora también la conexión de equipos con sonidoDolby AC-3 que poseen seis canales discretos de au-dio que, a su vez, deben conectarse a sendos pream-plificadores para su procesamiento posterior. Final-mente, debemos mencionar que muchos equipos digi-tales también presentan conexiones en el dominio di-gital por medio de cables de fibras ópticas que condu-cen generalmente a conversores digital-analógicoscuando no son procesados directamente por etapas di-gitales.La mejor forma de ilustrar esta situación es la indica-ción de las características de un equipo comercial típi-co que reúna todos los requisitos deseables del tema.Elegimos e l modelo de Legacy, cuyo aspecto surgen dela figura 6.1.A, visto de frente y también visto del ladode los conectores. Se observa la cantidad de conecto-res provista para todas las aplicaciones posibles. Entrelas especificaciones del modelo de preamplificador deLegacy figura un rango de frecuencias de 1 a 100.000

hertz con una tolerancia de ±1dB y una distorsión ar-

PROCESADORES DE AUDIO


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Fig. 6.1.A

Fig. 6.1.B



mónica total (THD) de 0,001%. En la Tabla 6.1 hemos resumido las características más so-bresalientes de diferentes medios que se deben conectar al preamplificador.

_______________________________________________________________Tabla 6.1. Características de interfaz para equipos de audio

Equipo Tensión de en trada Impedancia de en trada

Pick-up de cerámica 500mV 470kohmPick-up MC 2,3mV 47kohmPick-up MM 200mV 470kohmTape (CC, DCC, DAT) 200mV 10kohmSintonizador 200mV 10kohmMicrófono 0,4mV 47kohmCD/LD 500mV 47kohmAudio de A/V 500mV 1kohm________________________________________________________________

En la figura 6.1.B vemos el aspecto del tablero de conexiones de otro modelo de p ream-plificador de Kenwood, con su abundante posibilidad de conexiones específicas para dife-rentes tipos de equipos.

La indicación de MC se refiere a pick-ups con bobina móvil y MM a pick-ups de imánmóvil.

Los valores de la Tabla 6.1 son de orden práctico y superan los valores fijados por lasnormas del IHF-66 (Institute of High Fidelity) que son las siguientes: Entrada Fono = 3 mi-livolt y entrada para CD, LD, Tape, TV y VCR = 200mV. Estas mismas normas indican tam-bién valores de S/N para Fono en 80dB y para CD etc. de 85dB. Algunos equipos comer-ciales, como el preamplificador Denon, modelo PRA-1500, y otros, poseen una llave de con-mutación de Fono que permite seleccionar la misma entrada para MM o MC. En este casoel equipo tiene en MM una relación S/N de 96dB y en MC de 79dB.

Otras normas del IHF se refieren a los sintonizadores de FM que de acuerdo a las nor-mas IHF-58, deben tener una sensibilidad de 1,5µV/75 ohm y una sensibilidad de silencia-miento de 50dB en mono y estéreo, de 45µV. Demás está decir que los valores encontra-dos en modelos comerciales superan los mínimos fijados por el IHF.

En muchas especificaciones se encuentran en forma simultánea los valores de la sensi-bilidad en FM expresados en µV acompañado por la impedancia de la antena, que es ge-neralmente de 75 ohm, y de la potencia relativa en dBf que indica en cuántos dB esta se-ñal es superior a la potencia de referencia de 1fw (femtowatt). 1fw = 1 x 10-15 watt. Am-bas indicaciones son equivalentes, ya que se puede transformar la indicación de la tensiónsobre un resistor de carga en una potencia, al existir la relación bien conocida de P = E2.r.Para realizar un e jercicio pod emos asumir una tensión de 10µV sobre 75ohm, lo que da una

potencia de (10 x 10 x 10-12)/75 = 1,333 x 10-12watt. Para expresar esta potencia en fem-towatt debemos dividir por 10-15, de acuerdo a lo expresado recién. Esto da 1.333 femto-watt que debe mos referir a dBf, lo que significa que hay que multiplicar el logaritmo d e es-te número por 10, con el resultado de 31,25dBf. Valores tan bajos como 1µV sobre 75 ohmigual a 11,2dBf son comunes en equipos de alta fidelidad. Como la lectura en dBf no essiempre bien entendida por los técnicos y amigos de la Hi-Fi, pero es muy común en lasespcificaciones de los equipos, habíamos considerado conveniente incluir esta pequeña ex-cursión a la matemática.

Otros valores tamados en cuenta son las de la respuesta de frecuencia en los cuales sedestacan las curvas de ecualización del RIAA (Record Industry Association of America). Enla figura 6.2 observamos una curva típica en la cual se destacan tres frecuencias F1, F2 yF3, que se toman como puntos de referencia. En este diagrama la frecuencia F2 es un pun-

to de cambio, ya que en este punto F2 = 500Hz, la grabación de un disco LP cambia de





amplitud constante a velocidad constante. Se sue le expresar estas frecuen-cias especiales en su función de constante de tiempo, donde t = 1/2pf. Pa-ra F1 = 50Hz, t = 3180µseg, para F2 = 500Hz, t = 318µseg y para F3 =2.120Hz, t = 75µseg. En la Tabla 6.2 vemos estos valores volcados en for-ma sistemática para indicar el recorrido de la curva del RIAA con sus acen-

tuaciones y atenuaciones de las frecuencias grabadas en hertz.__________________________________________Tabla 6.2. La respuesta normalizada del RIAA

Hz dB Hz dB20 +19.3 800 +0.730 +18.6 1k 0.0*40 +17.8 1.5k -1.450 +17.0 2k -2.660 +16.1 3k -4,880 +14.5 4k -6.6

100 +13.1 5k -8.2150 +10.3 6k -9.6200 +8.2 8k -11.9300 +5.5 10k -13.7400 +3.8 15k -17.2500 +2.6 20k -19.6____________________________________________

* Reference frequency.

Conviene aclarar que las normas del RIAA se basan en una acentua-ción de las frecuencias altas durante la grabación, para mejorar la relaciónS/ A y que, p or lo tanto, durante la reproducción estas frecuencias altas de-

ben ser atenuadas.Para lograr la respuesta del RIAA de la figura 6.2, podemos usar el cir-

cuito de la figura 6.3 que corresponde a un preamplificador de fono conecualización RIAA.

En las cintas magnéticas existe una situación diferente al pretender, enla grabación magnética, que la corriente de grabación tenga un valor cons-tante para todas las frecuencias. Para ello es necesario tomar en cuentaque las cabezas de grabación introducen una atenuación de las frecuen-cias de audio de 6DB por octava, como podemos apreciar en la figura 6.4.Para compensar esta atenuación natural, típica del proceso, es necesariointroducir una realimentación adecuada. Las características de esta reali-

mentación fueron establecidas por la NAB (National Association of Broad-casters) con una curva cuyo trazado vemos en la figura 6.5. Para lograr cir-cuitos adecuados para producir este tipo de curva en los equipos se pue-de recurrir al circuito de la figura 6.6. El desarrollo de este tipo de circui-to no es demasiado complejo y se encuentran incorporados en la mayoríade los equipos de audio destinados a la grabación y reproducción de ca-setes y cintas magnéticas de audio en general.

Un caso especial, pero muy frecuente en la actualidad, son las cone-xiones de entrada y salida de señales digitales. Estos pueden ser del tipocoaxil o del tipo óp tico para cables de fibra óptica. La salida o entrada de ltipo cable coaxil suele tener una impedancia de 75 ohms y una tensión decresta a cresta de 0,5 volt. En la conexión con cables de fibra óptica se es-

pecifica un valor de -21dBm a -15dBm.



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Fig. 6.2

Fig. 6.3

Fig. 6.4

Fig. 6.5



Se recomienda en general que las conexiones de cables con señales digitales sean lomás cortas posibles y en el caso del cable de fibra óptica se fija una longitud máxima de 3metros. En la figura 6.7 vemos un conector óptico, del tipo TOS, que es apto para señalesópticas con una longitud de onda de 630 a 690nm y una potencia de recepción de -15 a -27dBm (decibel con base a un miliwatt).

El cable óptico recomendado es del tipo Multimode APF Si 970/1000µm. Este cable defibra óptica posee un núcleo de 970µm y un diámetro del revestimiento de 1.000µm y suíndice de refracción es del tipo Si (Step Index). La forma del terminal corresponde a lasnormas EIAJ-RCZ 5720 Square TOS. Las características de transmisión de este enlace sonuna longiutd de onda de 660nm con una potencia de transmisión de -15 a -21dBm.

En el caso de las señales digitales que se aplican a equipos analógicos es, desde luego,necesario intercalar un conversor digital-analógico. En la figura 6.8 vemos el aspecto de unequipo de estas características, el modelo DA-500 de Denon. Este conversor posee tres fre-cuencias de muestreo de 32, 44,1 y 48kHz. Posee también cinco entradas digitales, tres deltipo óptico y dos del tipo coaxil. Posee asimismo dos salidas digitales, una del tipo ópticoy otra del tipo coaxil. Además tiene dos salidas analógicas del tipo estereofónico con u n n i-vel de salida de 2 volt rms. El conversor D/A funciona con 20 bits en una configuración cir-cuital especial, cuyo esquema en bloques surge de la figura 6.9. En este conversor se usaun procesador tipo Alpha que reproduce con 16 bits una señal con calidad de 20 bits de-bido a la eliminación de los cruces po r cero con su distorsión a veces con-siderada invevitable. El procesador Alpha es un desarrollo reciente d e De-non. Este enfoque brinda la posibilidad de un rendimiento superior al delos equipos digitales conectados al conversor y no introduce ningún dete-rioro adicional a las señales aplicadas.

Para finalizar el tema de los preamplificadores, debemos mencionarlos ecualizadores gráficos que funcionalmente forman parte de los mis-mos. En algunos, el ecualizador gráfico está incorporado en el preampli-ficador o amplificador de potencia, pero en muchos otros casos se utiliza

una unidad autónoma por separado. El ecualizador gráfico es un implemento importantepara lograr la reproducción de máxima fidelidad de las señales de audio. Uno de los bene-ficios de la ecualización consiste en que permite superar problemas relacionados con laacústica del amb iente en que se efectúa la audición. Las dimensiones y las instalaciones deuna sala grande o chica o las condiciones ambientales en vehículos (por ejemplo en radiodel automóvil) influyen en la calidad de la reproducción sonora. También influyen, desdeluego, otros factores relacionados con el carácter de la música que se reproduce (clásica,

jazz, bailable, canto, etc.) y también estas variantes pu eden corregirse o compensarse po rmedio del uso prudente del ecualizador gráfico.

En principio, el ecualizador permite subdividir la gama de frecuencias audibles, de 20a 20.000 hertz en varias bandas de diferenteancho. Un caso típico es el ecualizador grá-

fico GR-555 de Pioneer que vemos en la fi-gura 6.10. Este ecualizador posee siete ban-das, centradas cada una en 60, 150, 400,1.000, 2.400, 6.000 y 15.000 hertz. En estasbandas se pueden introducir en forma indi-vidual, por separado o en conjunto, una ate-nuación o acentuación de ±10dB. El rangoreal del ecualizador abarca de 10 a 50.000hertz, con un a tolerancia de +0, -3dB, lo quecubre ampliamente todas las exigencias encuanto a armónicas o sobretonos de todoslos instrumentos musicales y voces huma-



Fig. 6.8

Fig. 6.9

Fig. 6.6

Fig. 6.7



nas. La relación S/N es de 104dB, medida de acuerdo a las normas IHF conuna ponderación tipo A y con una salida de 1 volt. La distorsión armónica to-tal (THD) entre 20 y 20.000 hertz y una salida de 1 volt, es de 0,03%. La res-puesta de ganancia es de 0dB. La entrada (Line In) es de 150 milivolt con 50kilohm y la salida (Line Out) es de 150 milivolt con 2,2 kilohm.

Existen o tros modelos de Pioneer y otras marcas con ecua lizadores gráficos de10 bandas, centradas en 32, 64, 125, 250, 500, 1.000, 2.000, 4.000, 8.000 y16.000 hertz, abarcando als 10 octavas que se asignan muchas veces al rango

audible humano (ver Capítulo 1).Con respecto al oído humano, conviene recordar que la respuesta del mismo no sólo

depende del volumen sonoro, sino también de su frecuencia. Este concepto ya fue tratadobrevemente en el Capítulo 1 e ilustrado en la figura1.1. Creemos conveniente ampliar ahora este con-cepto al encontrarnos en muchos preamplificadorescon un control de sonoridad o loudness control. Es-te control tiene la función de compensar la reduci-da sensibilidad del oído humano con respecto a lostonos muy graves, debajo de los 300 hertz. En la fi-gura 6.11 vemos una familia de curvas, producidaoriginalmente por los investigadores Fletcher yMandsen y denominada apropiadamente con susnombres (familia Fletcher y Mandsen). En estas cur-vas se observa la mayor energía necesaria en las fre-cuencias bajas para un nivel idén tico de audibilidad.Se toma como base la energía sonora existente en1.000Hz que se considera como 0dB = 10-16watt/cm2. Este valor es cercano al umb ral de sen-sibilidad en 1.000Hz. Con el control de sonoridad se

logra compensar este efecto.Un diseño simplificado fue usado durante muchosaños en toda clase de equipos de audio y radio, queusaban un control de volumen con una derivación

en el 10%, aproximadamente, de su valor en el circuito que se observa en al figura 6.12. Eneste circuito se producía un refuerzo de graves con la posición más baja del control de vo-lúmenes. El circuito de un pequeño amplificador de audio de dos canales, provisto con con-troles de graves, agudos, balance y volumen con sonoridad surge de la figura 6.13. Este cir-cuito, a pesar de su sencillez permite ejecutar un amplificador estéreo de unos 2 x 2 watt.Reemplazando el LM377 por un LM378 se obtienen 2 x 4 watt, y con el LM379, la potenciade salida es de 2 x 6 watt. Los demás valores del circuito quedan iguales en las tres varian-tes.

6.3. Amplificadores de potenciaLa función de los amplificadores de potencia de audio esgenerar una corriente a través de la bobina móvil del alto-parlante, capaz de mover el cono con la potencia especifi-cada del equipo. Esta corriente de señal de audio debe se-guir una norma sencilla: "Lo que entra, debe salir", o expre-sado de otra manera, no se deben introducir distorsiones,respuesta de frecuencia diferente a la original, ruidos, nicualquier otro efecto ajeno a la señal original. Esto es, des-de luego, una condición muy severa, sobre todo cuandoaplicamos la ley de ohm y constatamos que P = I2.R y con



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Fig. 6.11

Fig. 6.10

Fig. 6.12



una potencia de pico P de2.000 watt y una resisten-cia de carga de 4 ohm, lacorriente de audio llega acasi 23 ampere. Sin em-

bargo, en muchos equiposde alta fidelidad para Tea-tro del Hogar u otras apli-caciones exigentes, estacorriente p uede llegar a 50ampere en un momentodado y por un corto lapsode tiempo.

Esta corriente debenproducir los dispositivosde salida del amplificadorde p otencia, ya que en losamplificadores de estadosólido muy pocas veces seusa un transformador desalida. Esto beneficia, des-de luego, la fidelidad delequipo y otras característi-cas, pero impone a estasetapas normas diferentes alas que son sus equivalentes en equipos valvulares.

Así como hay parámetros marcadamente diferentes entre amp lificadores valvulares y d eestado sólido, existen también aspectos que no han cambiado a través del tiempo y posi-

blemente tampoco cambiarán en forma sustancial en el futuro cercano, en lo referente aamplificadores analógicos de au dio. El amplificador de potencia de audio es un eq uipo an a-lógico de estado sólido y debe entregar su corriente de salida a los parlantes, no sólo conla calidad antes señalada, sino también con un grado de eficiencia aceptable. En este tipode amplificador siempre se ha dado preferencia a un funcionamiento en clase A para po-der e vitar la formación de distorsiones. Este mod o funcional es, sin embargo, muy p oco efi-ciente en cuanto al aprovechamiento de su potencia consumida y, por lo tanto, en muchoscasos se prefiere el funcionamiento en Clase AB. Como todos los lectores bien saben, exis-te una diferencia entre ambos en el régimen del aprovechamiento de sus respectivos ciclosde trabajo. En clase A pura, se usan los 360 grados de una onda sinusoidal aplicada, comoactivos y, por lo tanto, desaparece todo cruce de cero y la distorsión causada por el mis-mo. en clase AB se usa como ciclo de trabajo menos que un ciclo completo, pero más de

la mitad del ciclo, motivo por el cual se requieren etapas simétricas que se encargan alter-nadamente del procesamiento del ciclo completo de la señal.

En la figura 6.14 vemos la irregularidad que el cruce de cero introduce en la curva su-puestamente recta en esta zona. El rendimiento de etapas simétricas en Clase AB es mayorque el de las etapas de Clase A, pero los cuidados para evitar distorsiones son más severasy el diseño debe tomar en cuenta muchos aspectos, no sólo en el circuito propiamente di-cho, sino también en la selección de los materiales involucrados en su ejecución. La sime-tría lograda (o no) es esencial para un funcionamiento correcto y las consecuencias del en-vejecimiento de algunos componentes puede hacerse notar en forma más temprana en eta-pas de Clase AB que en etapas de Clase A. En Clase A se puede producir, sin embargo, unasituación de sobrecarga si el amplificador funciona durante mucho tiempo sin señales deentrada, ya que en este caso toda la potencia consumida se manifestará como elevación de



Fig. 6.13



la temperatura de los componentes. En Clase AB esto no sucede, debidoa que la polarización de cada mitad del par simétrico es tal que su con-ducción se interrumpe durante u na parte del ciclo en tre los 180 a 360 gra-dos del mismo. Para señales de entrada de baja amplitud, el amplificadorde Clase AB se comporta como si fuera de Clase A con su pureza de se-

ñal perfecta. Cuando aumenta, sin embargo, la amplitud de la señal deentrada, el funcionamiento en Clase AB puede producir efectos secunda-rios indeseados debido a que la puesta en conducción del transistor blo-

queado durante una parte del ciclo, no es instantánea y lareiniciación de la conducción puede producir distorsionesen cada uno de los puntos de conmutación o cruce. Esteefecto empeora al incrementar la frecuencia. En frecuenciasbajas y medias puede pasar casi desapercibido, pero en fre-cuencias altas el efecto es objetable. Por este motivo, el pro-blema es más notable en los equipos de Hi-Fi y High End,si no se toman las medidas adecuadas para su reducción.Un enfoque diferente fue desarrollado por Yamaha en unaconfiguración circuital denominada HCA (Hyperbolic Con-versión Amplification), protegido por la patente Nº4.803.441 de los Estados Unidos. En esta propuesta se ob-tiene una eficiencia cercana a la de la clase AB, pero conuna pureza de amplificación de clase A. Se logra este resul-tado por medio de un circuito adicional que mantiene cadamitad de la salida simétrica en conducción, durante la par-te del ciclo que debe estar bloqueado y se evita así las dis-torsiones de cruce.

Veamos ahora las características operativas y especificaciones de algunos amplificado-res comerciales, tomando como base el modelo 8008ST de Aragón, cuyo aspecto se obser-

va en la figura 6.15.Las especificaciones de este modelo de amplificador estereofónico son las siguientes.Potencia nominal 200 watt por canal sobre 8 ohm o 400 watt por canal sobre 4 ohm, conexcitación en ambos canales. Distorsión armónica total (THD) más ruido: menor al 0,05%,con la potencia nominal en 8 ohm. Ancho de banda de potencia plena desde 5Hz a 20kHz.Espectro de ruido alrededor de -110dBW con una reducción a -130dBW en 20Hz y un in-cremento a -100dBW en frecuencias superiores a 20kHz. Intermodulación entre canal iz-quierdo y derecho -80 a -90dB.

La impedancia de salida en 50Hz es de 19,2 miliohm (medido), equivalente a un factorde amortiguación de 416, hasta 31,8 miliohm (medido) en 20kHz. Debemos recordar queel factor de amortiguación (Af) es la relación entre impedancia de carga e impedancia desalida de un amplificador, expresadas ambas en la misma unidad, por ejemplo, miliohm.

Af = 8000/19,2 = 416, y Af = 8000/31,8 = 251.Esto son los valores en los extremos de la banda sobre una carga de 8 ohm (8000 mi-

liohm). Como norma práctica conviene recordar que el valor del factor de amortiguacióndebe ser alto, pero generalmente un valor superior a 20 es aceptable.

Siguiendo con los valores de medición del equipo, tenemos los siguientes: potencia desalida en el punto de recorte (1% THD en 1kHz) con una impedancia de carga de 8 ohmes de 265 watt (24,2dBW) por canal. Con ambos canales en 4 ohm de carga, la potencia seeleva a 480 watt (26,8dBW). En amb os casos los valores son p or canal, pe ro con ambos ca-nales en funcionamiento.

La potencia de salida dinámica es de 300 watt (24,8dBW) en 8 ohm, 540 watt (27,3dBW)en 4 ohms. Se recuerda que la expresión "dBW" significa "tantos dB por encima de 1 watt"y equivale al logaritmo de la potencia en watt, multiplicado por 10.



CAPITULO 6

Fig. 6.14

Fig. 6.15



La reserva dinámica es de1,8dB con 8 ohm en la potencia especificada y 1,3dBcon 4 ohm en la potencia especificada. Se denomina "reserva dinámica" (dynamicheadroom) la potencia que el equipo es capaz de suministrar durante los instantesde un incremento transitorio de la potencia en los picos de una reproducción mu-sical. La indicación de la reserva dinámica medida, es mucho más correcta que el

uso del término "potencia musical" que es un valor asumido y no representa siem-pre los valores reales del equipo.

La THD+N (Total Harmonic Distorsion + Noise) es menor al 0,0396% con unrango de frecuencias de 20Hz a 20kHz con la potencia especificada y 8 ohms decarga. Con 4 ohms el valor aumenta a 0,0703%.

Con la potencia de 10 watt, el valor de THD+N es menor al 0,0212% en 8 ohmsy menor al 0,0360% en 4 ohms. Nuevamente se comprueba que una forma de re-ducir la distorsión y el ruido de un equipo, es sobredimensionar el mismo o usarlo sólo conuna fracción de su potencia real. En el presente caso un equipo de 200 watt se está midien-do en 10 watt. Nunca es aconsejable usar un equipo con el máximo del valor de sus espe-cificaciones.

La impedancia de salida fue medida en 1kHz con 19,7 miliohm, en 5kHz con 22 mi-liohm, en 10kHz con 26,5 miliohm y en 20kHz con 31,8 miliohm. Ya se observó la influen-cia beneficiosa de estos valores sobre el factor de amortiguación.

La sensibilidad es de 117mV para 0dBW y de 1,65V para el valor de potencia de salidaespecificado.

El ruido ponderado A es de -101,6dBW.La impedancia de salida es de 23kolohm. No debemos confundir "impedancia de sali-

da" con "resistencia de salida".La separación de canales es mayor a 71dB de 100Hz a 10kHz. El balance de canales es

de ±0,00dB.Un amplificador con una potencia de audio combinada de más de 400 watt, obviamen-

te requiere una fuente de poder adecuada que en este equipo está incorporada y se cons-

truye alrededor de un transformador de poder toroidal de 2.000 volt-ampere. Este transfor-mador y las aletas de los disipadores térmicos son los motivos que influyen en el poco fre-cuente corte triangular de su gabinete. Este corte se debe a la conformación de estas cha-pas de refrigeración térmica, cuyo aspecto se observa en la figura 6.16 e influye para quese produzca un efecto de chimenea que ayuda, desde luego, notablemente en la disipacióntérmica. Un equipo de esta potencia es una estufa potencial y debe ser tratado con todaslas precauciones que merecen estas potencias térmicas.

El efecto térmico no es producido por los transformadores de poder, ya que éstos nun-ca deben calentarse más allá de una cierta tibieza que permita en todo momento tocarlossin quemarse, sino que, por el contrario, proviene de los componentes activos y pasivos delas etapas de salida de audio de potencia.

Conviene estudiar en este sentido diferencias circuitales típicas, como las que vemos en

la figura 6.17 por medio de un circuito de estado sólido y, en la figura 6.18, por medio deun amplificador valvular del tipo "Ultra Lineal" de David Hafler, de gran popularidad en losaños 1950... y 1996. En la figura 6.19 vemos el aspecto de un equipo similar al del circuitomencionado. Este último corresponde a un modelo de Cary que fue presentado en la feriade audio d e Chicago en 1995. Observe que el modelo ilustrado luce 5 válvulas y tres trans-formadores.

El modelo de estado sólido de la figura 6.17 corresponde a un amplificador con entra-da de transistores bi-FET (Field Effect Transistor doble) con salida bi-MOS (Metal Oxide Se-miconductor doble), en configuración cascode, acoplado en forma directa (corriente conti-nua), capaz de entregar 100 watts de audio en Clase A pura, a una carga de 8 ohms, conuna THD menor al 0,1% y sin realimentación global, con una tasa de cambios rápidos (SlewRate) de 100 volt por microsegundos (V/µs). Se usan como dispositivos de salida, sendos



Fig. 6.16



transistores MOS-FET de ca-nal P y N, en configuraciónsimétrica. Este planteo per-mite un funcionamiento si-métrico en Push-Pull, sin in-

versión de fase de la señal,debido a que el MOS-FET decanal P conduce en un semi-ciclo y el de canal N en elotro, en forma completa-mente espontánea. Se usan,en el circuito de la figura6.17, seis MOS-FET's en pa-ralelo junto con un transistorbipolar de silicio, uno del ti-po PNP y el otro de NPN. Es-tos transistores b ipolares sonde Motorola, de los tiposMJ15024 y MJ15025, respecti-vamente. Los reemplazos di-rectos de estos transistoresson los tipos SK3947 ySK9365, NTE388 y NTE68 y

ECG68. Estos transistores disipan 250 watts, cada uno y su conexión simétrica y en parale-lo, con más unidades, permite llegar a la potencia de audio especificada. Los transistoresMOS-FET que funcionan en conjunto con los bipolares en cascode, son del tipo IRF9521 eIRF511 y sus reemplazos directos SK9506 y SK9165 y los ECG2383 y ECG2382. Estos MOS-FET disipan hasta 75 watt cada uno. El análisis del circuito de la figura 6.17 es interesante

y permite una aplicación también a otros amplificadores de audio con prestaciones simila-res. A continuación se detalla.El circuito de entrada del amplificador de audio de potencia podemos conectar directa-

mente al preamplificador de la etapa, compuesto por Q1 y Q2, pero en el circuito de la fi-gura 6.17 vemos la presencia del capacitor C1, cuya única función es la de bloquear cual-quier componente continua proveniente del equipo anterior al amplificador. Como la eta-pa de entrada posee una ganancia de 20, todo desbalance de continua del equipo anterior,saldrá de los parlantes amplificado 20 veces. Por otra parte, el uso de un capacitor de 3µFproduce con una fuente de 600 ohms, un corte de las frecuencias bajas alrededor de 2Hz.La calidad de C1 es importante y se recomienda un capacitor de polipropilene. La impe-dancia de salida de la señal del equipo previo, forma junto con R1 y R2 y el capacitor C2,un filtro pasabajos de entrada con una frecuencia de corte de varios miles de kilohertz. Es-

te filtro es una medida aconsejable para lograr una protección de radiaciones externas deRF.

El resistor R2 ubica la impedancia de entrada cerca de 50 kilohm. Este valor es aconsejable po rque, po r una parte, es lo suficientemente alto como para impedir todo efecto decarga sobre el preamplificador, pero también lo suficientemente bajo como para reducir almínimo el acoplamiento disperso que se puede producir en presencia de impedancia muyaltas.

Esta última situación suele producirse con circuitos de entrada con FET en aplicacionesdigitales y, desde luego, debe evitarse.

La etapa de entrada es un circuito cascode dual-diferencial, con uso de componentesbi-FET. El cascode se forma con componentes complementarios de J-FET de canal P y ca-nal N, en u n circuito d e surtidor común , en conjunto con transistores bipolares PNP y NPN



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Fig. 6.17



en un circuito de base común. Los transistores en esta etapason dispositivos duales balanceados para reducir todo efectode corrimiento térmico.

El circuito integrado IC1 es del tipo LM334 que es una fuen-te ajustable de corriente de la marca National, que permite la

selección de la corriente de polarización de la primera etapa através de los resistores R11 y R12. Una cuidadosa selección deR11, R12 y D1 reduce también las variaciones de corriente con-tinua y mejora el rendimiento de tensión continua de la etapa.El IC1 actúa como fuente de corriente constante, común paraambas mitades de la etapa diferencial dual. El motivo es quelos J-FET's Q1 y Q2 son dispositivos de depresión de corrienteque producen una diferencia de potencial entre los surtidoresde canal P y N con suficiente amplitud como para permitir elfuncionamiento correcto de IC-1. En la figura 6.20 vemos lasconexiones de algunos de estos componentes.

La polarización del cascode se efectúa por medio de lostransistores Q5 y Q6, conectados como diodos Zener. Lo mismo sucede con los transisto-res Q15 y Q16, del tipo MPSA92. Esta conexión de los cuatro transistores brinda el efectode diodos Zener de 7 volt y, en el caso necesario, se pueden reemplazar estos transistorespor diodos zener adecuados. Sin embargo, en el caso de usar diodos zener en este lugar,resulta conveniente colocar en paralelo con ellos sendos capacitores electrolíticos de 10 a16µF, para reducir el ruido propio a los diodos zener.

El preset P1 permite la puesta a cero de la diferencia de la salida.La salida de la primera etapa posee una configuración dual-diferencial. La conexión en

cascada (no cascode) de etapas diferenciales tiene la ventaja de una estabilidad termal mejorada, ya que los corrimientos térmicos en etapas anteriores, tienden a cancelarse de estamanera. La desventaja es una mayor cantidad de componentes, pero la estabilidad térmica

es muy importante y justifica la mayor complejidad.La segunda etapa posee polarización de continua mediante una provisión muy original.Se hace circular los 2mA del IC1 de la primera etapa, a través de los diodos D2 y D3 paragenerar así una tensión de referencia de 0,7 volt para los transistores Q7b y Q8b que tie-nen una configuración de corriente constante. Los resistores R13 y R14 tienen 43 ohms, demanera que I = E/R = 0,7/43 = 16ma, u 8mA a través de cada sección del par diferencial.Como Q7 y Q8 son dispositivos duales, funcionan correctamente como fuentes de corrien-te constante.

Los transistores de emisor común, Q9 y Q10, del cascode de la segunda etapa, son tam-bién del tipo dual para reducir el corrimiento térmico. Por otra parte, los transistores Q11al Q14 son simple, en parte porque son pocos los dispositivos duales disponibles y en par-te porque en estas etapas los requisitos son menos severos en este aspecto. Por otra parte

estos transistores efectúan un desplazamiento de tensión continua de 20 volt de entrada alos 55 volt de los drivers. Esto exige unos 70 volt a través de estos transistores.

Aquí queremos señalar la conveniencia de usar fuentes separadas de 20 volt y 55 volta través de reguladores de tensión separados. La tensión de 20 volt es regulada por su par-te, pero es derivada de una tensión de 55 volt ya regulada con anterioridad. Esto evita to-da influencia mutua entre etapas a través de la fuente de alimentación y reduce el consu-mo de la primera etapa.

La segunda etapa tiene acoplamiento directo hacia las etapas de driver que le siguen.El driver suministra la mayor parte de la ganancia de tensión y corriente del equipo. Estaetapa puede considerarse como etapa final de baja potencia de un equipo amplificador deaudio. Debido a que la etapa de salida u sa MOS-FET's en una configuración de surtidor co-mún, el driver no necesita suministrar tanta corriente como en los equipos con transistores



Fig. 6.18



bipolares. La compuerta (gate) del MOS-FET representa esencialmente una carga ca-pacitiva. Por este motivo la corriente deldriver sólo necesita ser suficiente para car-gar y descargar la capacitancia del MOS-

FET y obtener una tasa de cambio rápido(slew-rate) del valor especificado. Esta ca-pacidad es de 2nF y una corriente de 60mAbrinda la capacidad de maniobra necesaria.Habíamos mencionado que la tasa de cam-bio rápido era de 100V/µs.La polarización de la etapa driver está de-terminada por la tensión que se presentasobre R22 y R24 que, a su vez, se fija a tra-vés de la corriente de 8mA de la segunda

etapa. El valor de R22 y R24 es de 332 ohm y, por lo tanto, la tensión de polarización E =R . I = 332 . 0,008 = 2,66 volt. Esta tensión aparece sobre R21 y R23 como 2,66 - 0,7 volt,debido a la tensión base-emisor de Q17 y Q18, que es de 0,7 volt. Los resistores R21 y R23tienen un valor de 30,1 ohms y, por lo tanto, I = E/R = 1,96/30,1 = 65mA. Sin embargo,8mA de esta corriente de 65mA provienen de la polarización de la segunda etapa, de ma-nera que la polarización de la etapa del driver es de 65-8 = 57mA. Con este valor se obtie-ne un ancho de banda de potencia excelente.

Los diodos Zener Z1 y Z2 proveen la polarización de cascode para la etapa del drivery los capacitores C5 y C6 desacoplan los diodos para reducir el ruido proveniente de ellos.

Las cuentas de ferrite FB1 a FB4 son pequeños inductores de gran pérdida inductiva,pero su uso elimina las eventuales oscilaciones de alta frecuencia que se suelen presentaren estas etapas. En un equipo de las características de alta fidelidad como el descripto, esnecesario la eliminación de estas oscilaciones parásitas. La ventaja del uso de estas cuentas

de ferrite es que hace innecesario el uso de capacitores que pudiesen eliminar estas osci-laciones juntamente con algunas frecuencias altas de audio. Las cuentas de ferrite ayudan,entonces, a mantener el ancho de banda de potencia del circuito.

La ganancia de tensión del cascode del driver es de 1.600. Esto es un valor demasiadoalto, que p uede introducir inestabilidades e hizo necesario el agregado de los resistores R25y R26, que p roducen una realimentación negativa local. El valor de esta realimentación ne -gativa es tal, que la ganancia final es igual al cociente R25/R22 o R26/R24 = 36.500/332 =110. Con este valor sólo se necesita C3 y C4 de 47pF para compensar la etapa de entrada.Estos valores permiten lograr un ancho de banda de lazo abierto de 20kHz y la gananciade lazo abierto se lleva a 56dB.

A la entrada de la etapa final de potencia de audio encontramos los conjuntos Z3/D4 yZ4/D5 como circuitos de protección para salvaguardar las compuertas de los transistores

Q24 al Q35 que son los MOS-FET's de esta etapa. Con el uso de realimentación global y laaplicación de una carga reactiva que puede introducir desfasajes, pueden también producirun incremento en la tensión de excitación a medida que la realimentación continúa. Estopuede producir tensiones elevadas entre compuerta y surtidor del MOS-FET que, a su vez,puedan hacer peligrar la vida útil de estos componentes. La malla de protección introduci-da protege el circuito contra este peligro.

Los transistores Q22 y Q23 son fuentes de corriente constante que protegen los transis-tores bipolares Q36 al Q47 contra la pérdida de corriente de excitación a medida que latensión de salida se acerca a la tensión de la fuente de alimentación. Esto limitaría innece-sariamente la potencia de salida si no se tomasen las contramedidas adecuadas. Como nor-ma práctica se puede asumir que el uso de una corriente de polarización igual al 10% dela corriente de polarización de salida, brinda una protección adecuada. En el caso de Q22



CAPITULO 6

Fig. 6.19



y Q23 se usan R37 y R38 con un valor de 3,9 ohm y una corriente de polarización de 0,23ampere. Estos valores surgen del planteo de usar la caída de tensión sobre los diodos enserie, D6 y D7, que es de 1,5 volt menos los 0,6 volt de la tensión en tre base y emisor deQ22. Estos 0,9V se dividen por el valor de 3,9 ohm, con lo cual obtenemos una corrien-te I = E/R = 0,9/3,9 = 0,23 ampere, que es aproximadamene el 10% de la polarización de

salida de 2,5 ampere.Al circular 0,23A a través de R66 o R67, la tensión de la base de los transistores bipo-

lares de salida es E= I . R = 0,23 . 27 = 6,2 volt. De esta tensión, unos 6,2 - 0,6 = 5,6 voltse presentan a través de los canales de los transistores MOS-FET de salida. Esto demues-tra otra ventaja de los circuitos cascode, que permiten usar dispositivos de menor poten-cia y tensión en aplicaciones críticas. Estos MOS-FET's son responsables por el compor-tamiento térmico de la etapa de salida y conectándolos en un circuito cascode mejora elrendimiento ya que disipan mucha menos potencia que en el supuesto caso de estar co-nectados sobre toda la tensión de la fuente.

La consideración más importante para una etapa de saldia en Clase A con este nivel depotencia, es la estabilidad térmica. Si se polariza un transistor bipolar con una fuente detensión constante, exhibe un coeficiente térmico negativo. Algunos autores denominan es-te comportamiento como coeficiente positivo. Sin embargo, la convención e stablecida en elManual de International Rectifier, se refiere al valor de la resistencia efectiva del dispositi-vo. A medida que calienta el transistor, la resistencia efectiva del canal disminuye, lo queresulta en una corriente mayor que, de dejarla proseguir así, puede terminar con la auto-destrucción del transistor. En el equipo cuyo circuito vimos en la figura 6.17, la etapa desalida está polarizada por una fuente de tensión constante, que consiste en la tensión ba-se-emisor de Q21. Pero como esta polarización se aplica a los MOS-FET's, no se produceningún colapso térmico.

Los MOS-FET's tienen un coeficiente térmico positivo y en una aplicación lineal comola presente, estos transistores pueden conducir un poco más de corriente, a medida que ca-lientan. Esta tendencia está opuesta, sin embargo, por el comportamiento térmico de la ten-

sión entre comp uerta y surtidor. Para una corriente de drenaje determinado, la tensión com-puerta-surtidor baja, al aumentar la temperatura. Con las corrientes elevadas del drenaje, lascaracterísticas del canal predominan. En cuanto a Q21 es del tipo TIP29 de Texas Instru-ments y generalmente no requiere disipadores, salvo en esta aplicación en particular. En elsupuesto caso de que el corrimiento térmico de Q21 produjera una variación en la polari-zación de la etapa final, ésta, a medida que calienta, en lugar de funcionar en Clase A pu-ra, entraría a funcionar en Clase AB.

Los resistores R52 al R63 de 0,22 ohms están destinados a equilibrar pequeñas diferen-cias en las características de los MOS-FET's y contribuyen así a que todos participen en for-ma pareja en la circulación de la corriente. En un caso ideal, con MOS-FET's perfectamen-te idénticos, estos resistores podrían eliminarse del todo, pero su presencia permite deter-minar el rendimiento individual de cada uno de los transistores de la etapa. Los MOS-FET's

son los que fijan el valor de la corriente que circula a través de los transistores bipolares de250 watt, de manera que no es ne cesario equilibrar po r separado estos transistores MJ15024y MJ15025.

La potencia de salida es P = (Irmas)2. Rc, donde Rc es la impedancia de carga. En unequipo de 100 watt podemos expresar que Irms = v2 = 3,5 . 1,4 = 5 ampere. Esto significaque en este equipo, la corriente de salida de audio pasará de casi cero a un pico de 5 am-pere. Para mantener el funcionamiento en Clase A pura, debemos evitar que los transisto-res dejen de conducir en algún momento y, por lo tanto, la polarización de la etapa de sa-lida d ebe mantenerse en 2,5 ampere, por lo menos. La tendencia de MOS-FET's conectadosen paralelo de oscilar, puede evitarse por medio de los resistores R40 al R51. Estos resisto-res impiden la oscilación cuya causa problable es la capacidad distribuida y, por lo tanto,mucho de la tendencia mencionada puede reducirse con una construcción muy cuidadosa



Fig. 6.20



y también eligiendo en forma eficiente los puntos depuesta a tierra. En la figura 6.21 vemos los puntos depuesta a tierra seleccionados para este equipo.La última parte de la descripción de este equipo se ocu-pa de la fuente de alimentación, cuyo esquema circuital

se observa en la figura 6.22. En el criterio de diseño deesta fuente se partió de la premisa de que una alimenta-ción, separada de las etapas del preamplificador y delamplificador de potencia de salida, podía eliminar mu-chas causas potenciales de ruido que se presentan a ve-ces con fuentes comunes de alimentación. Como se usanen e ste equipo MOS-FET's del modo de enhan cement, esnecesario disponer de una polarización de 5 volt para lo-grar la tensión de saturación entre compuerta y surtidor.Esta exigencia se agrega por el hecho de tener que tenerun amplificador de potencia de clase A, una considera-ble potencia de reposo, debido a su ineficiencia intrínse-ca. Por otra parte, conviene alimentar las etapas en for-ma separada para lograr mayor independencia entreellas. Para cumplir con este objetivo, encontramos en el

circuito de la figura 6.22 las siguientes tensiones de la fuente de alimentación: E1 = +55V,E2 = +20V, E3 = -20V, E4 = -55V, E5 = +50V y E 6 = -50V. Las tensiones E5 y E6 provienende un circuito de rectificación y filtrado completamente separado de la fuente de E1 al E4.El funcionamiento de esta fuente doble e independiente es el siguiente. El uso de una fuen-te para tensiones positivas y otra para tensiones negativas, permite un mejor aprovecha-miento de las tensiones disponibles. Por ejemplo, el conectar a una etapa las tensiones de+55V y -55V, permite una excursión de unos 100V, sin necesidad de disponer en la fuentede componentes para esta tensión. Todo el diseño funciona en forma más eficiente de es-

ta manera.El primer circuito doblador empieza con el C105, electrolítico de 470µF x 63V, que secarga a través del diodo D101 a un valor cercano a la tensión de cresta del secundario deltransformador de poder de 50V. La tensión de ánodo de D101 caerá por debajo de la ten-sión de cátodo, a medida que el ciclo continúa, bloqueando así el diodo D101 e impidien-do que C105 se descargue a través de este diodo. Durante el ciclo siguiente, el terminal po-sitivo de C105 se acercará a 100V, a medida que su terminal negativo se irá elevando a latensión del secundario de l transformador de p oder. Recuerde que el capacitor tenía una car-ga anterior de 50V. El capacitor C107 se cargará a través de R103/D103 a un nivel ligera-mente inferior al doble de la cresta de la tensión del secundario. El resistor R103 reduce laamplitud del pulso de carga, bajando así la tensión de salida del doblador (junta deD103/C107) a un valor menor que el que se puede obtener sin R103. De cualquier mane-

ra, la meta es llegar a una tensión de 85V o más, para garantizar el funcionamiento normaldel diodo Zener Z102. Este diodo Zener es del tipo de 75V, 5 watt, con el 5% de toleran-cia. El Zener Z103 tiene las mismas características. Como la tensión de trabajo de C107 yC108 es de 85V, se necesita un electrolítico de 1000µF y 150 volt de tensión de trabajo.

El conjunto de R105/ Z102/R107 puede considerarse como etapa de prerregulación y suuso mejora el rendimiento del regulador principal. Este regulador es del tipo discreto conQ101/Q103 en configuración de regulador en serie. El transistor Q105 actúa como fuentepara la tensión de referencia estable de 7 volt.

La tensión regulada Er surge del siguiente planteo:Er = (7 + 0,7) /R111 (R111 + R109) = (7,7/7680) . (55.180) = 55 volt.El valor de 0,7V es la tensión de base-emisor de Q103.Esta tensión regulada de 5 volt es nuevamente regulada y reducida, para obtener una



CAPITULO 6

Fig. 6.21

Fig. 6.22



tensión de 20 volt, mediante un regulador simple en derivación. Este re-gulador se comporta en cierto modo como un diodo Zener que absorbecualquier corriente necesaria para mantener los 20V en la salida. La fun-ción de R113 es, entonces, la de limitar la corriente para evitar una so-brecarga de los componentes de la fuente, más allá de sus valores espe-

cificados. La tensión regulada de 20 volt puede hallarse en forma similara la de la fuente de 55 volt. En este caso existe también un valor de 0,7volt en la expresión, que corresponde al transistor Q107. El planteo de laexpresión es el que sigue.

Er = (7 + 0,7) /R117 . (R117 + R115) = (7,7/7.680) (19.780) = 20 volt.El transformador de poder de este equipo es del tipo toroidal, similar al transformador

que se observa en la figura 6.23. Este tipo de transformador es muy popular en los últimostiempos, ya que sus pérdidas magnéticas son menores a los de transformadores convencio-nales con núcleo de hierro en "E". En la figura 6.24 vemos el aspecto de un transformadorque Technics denomina R-Core y que posee características similares a las del transformadortoroidal con sus bobinados circulares. En la figura 6.25 vemos la comparación entre los bo-binados rectangulares y circulares. Estos últimos poseen un campo de dispersión más redu-cido, lo que los hace más indicado, en fuentes de poder de audio, en las que nunca hayque subestimar la influencia de campos magnéticos dispersos. Si se mantienen estos cam-pos reducido en el componente principal que lo produce, el equipo gana en eficiencia.

Los datos suministrados en esta parte del Capítulo 6 se refieren en forma completa só-lo al equipo que estuvimos describiendo y cuyos circuitos están en las figuras 6.17 y 6.22,pero los conceptos vertidos y el análisis matemático de algunas etapas es aplicable a mu-chos otros amplificadores de audio de estado sólido.

Con respecto a equipos de audio de otras marcas, que ofrecen nuevos modelos, debe-mos recordar algunos modelos de Technics que poseen un tipo de fuente que la fábrica de-nomina "Clase H" y que consiste en el uso de una alimentación del amplificadoren dos niveles. En la figura 6.26 se ilustra la situación que se presenta en este ca-

so. Con niveles de potencia bajos, sólo funciona la fuente de consumo bajo; encambio, la aparición de una señal, que exige una potencia mayor, el equipo efec-túa en forma automática una conmutación a este nivel superior. Esto aumenta lapotencia de reserva, el headroom a 2dB y la potencia de pico es 1,5 veces mayorque en los equipos convencionales.



Fig. 6.24 Fig. 6.23

Fig. 6.25

Fig. 6.26



TRANSDUCTORES ACUSTICOS

7.1. IntroducciónLos transductores son dispositivos que transforman un tipo de en ergía en otro, por e jem-

plo, la energía mecánica o acústica en energía eléctrica. En el dominio de la acústica y delaudio distinguimos principalmente dos grandes grupos de transducto-res: los que transforman energía acústica en señales eléctricas, como porejemplo el pick-up del tocadisco (figura 7.1) y el micrófono (figura 7.2)y aquéllos que transforman la energía eléctrica de señales de audio ensonido, que es una especie de energía mecánica. No olvidemos que elsonido produce una compresión del aire que pone en movimiento lostímpanos del ser humano. En esta última categoría entran por ejemplo,los auriculares (figura 7.3) y los altoparlantes (figura 7.4).Los transductores de mayor uso en audio serán tratados en este capítu-lo, en el cual incluimos el tratamiento del pick-up para tocadiscos, el mi-crófono, los auriculares y los parlantes. En este último rubro incluiremos

también los baffles y gabinetes acústicos que acompañan siempre losparlantes, a veces junto con circuitos de cruce.Se incluirá en este tema también el desarrollo de estos circuitos que nosiempre son tratados con su debida importancia.

7.2. Pick-ups para discos LPLos tocadiscos para discos (Long Play) han perdido mucho de su omni-presencia anterior, pero por cierto siguen vigentes en muchas ap licacio-nes, como vimos en el Capítulo 2.2. Muchos expertos opinan que la ca-

lidad de los pick-ups y de otros componentes relacionados con el LP han ganadoen calidad desde que fueron reemplazados en el mercado masivo por los discosCD. El hecho es que se cuenta en la actualidad con los tipos de pick-up que sur-

gen de la Tabla 7.1._______________________________________________________________________Tabla 7.1. Tipos de cápsulas de pick-up

Nº Tip o salida de audio Imp ed an cia P resión de Observaciónpúa nominal

1 cristal de Rochelle > 1 volt 100 kohm > 6 g obsoleto

2 cerámica > 1 volt 100 kohm > 6 g

3 bobina móvil MC < 10mV 47 kohm 2 g

4 imán móvil MM 20 a 100mV 47 kohm 2 g_______________________________________________________________________

Lospick-ups se dividen básicamente en dos grupos: los piezo-eléctricos y los mag-néticos. En la tabla 7.1 los tipos 1 y 2 son piezo-eléctricos, los tipos 3 y 4 son mag-néticos (dinámicos). En cuan to a los diferentes tipos d e construcción de los tipos d ecápsulas de pick-up, podemos manifestar que los del tipo piezo-eléctrico poseenuna impedancia y tensión de salida alta. Su principio de funcionamiento es el efec-to piezo-eléctrico, descubiero por Pedro y Jacobo Curie en 1880. Este efecto rever-sible consiste en transformar una vibración mecánica, aplicado a un cristal de ma-terial adecuado, en señal eléctrica y vice-versa, una señal eléctrica transforma en vi-braciones mecáncias. El cuarzo es un material natural que exhibe este efecto, peroen aplicaciones de audio se usan materiales sintéticos. Uno de los primeros mate-riales usados en audio fue la sal de Rochelle, que es químicamente un tartrato desodio-potasio. Sin embargo, el uso de este material se ha abandonado casi por com-

pleto debido a que puede dañarse fácilmente en la presencia de temperaturas y gra-



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CAPITULO 7

Fig. 7.2

Fig. 7.3

Fig. 7.1



dos de humedad elevados.En los últimos años se usó otro material sintético, el titanato de ba-

rio que es del tipo cerámico y posee excelentes propiedades de defen-sa contra altas temperaturas y altos porcentajes de humedad. Un pick-up cerámico puede tener una amplitud de 1 volt de la señal de salida

en 1.000Hz y de 3 volt en las frecuencias de 100 a 250Hz. Esto desdeluego requiere circuitos de ecualización ad ecuados para evitar la sobre-carga de la etapa de entrada, además de evitar una reproducción dis-torsionada. Por otra parte simplifican la construcción de e quipos de ba-

jas exigencias de calidad , usados durante años en este tipo de apara-tos (Wincofón, etc.). Sin embargo su peso y masa elevada y baja com-pliancia no lo hacen aptos para aplicaciones en alta fidelidad. Convie-ne aclarar en este lugar el concepto de la compliancia que es la facili-dad con la cual se mueve una púa dentro de la cápsula del pick-up ensu tarea de seguir las variaciones de las paredes del surco en las cua-les está registrado el mensaje musical. Los valores más frecuentes de com-pliancia o elasticidad son de 10 a 30 milímetros por Newton (mm/N). Enalgunos textos se expresan las unidades como micrómetro por milinew-ton (µm/mN). Esto no altera, sin embargo, su valor numérico, ya que enla segunda versión se divide ambas partes del cociente por 1.000, lo queno altera sus valores. Este parámetro nos indica la resistencia que la púaopone a las fuerzas que la mueven o, expresado de otra manera, es la re-lación entre el desplazamiento de un cuerpo con respecto a la fuerza apli-cada. Cuanto mayor sea este valor, menos fuerza se necesita para moverla púa. En una indicación de 20µm/mN = 20 mm/N, se expresa que la púase desplaza una distancia de 20 millonésimas partes de un metro por ca-da 0,1 gramo de fuerza aplicada.

Recuerde que 10 mN = 1 gramo. En la figura 7.5 observamos que exis-

te una relación directa entre la frecuencia de resonancia del conjunto bra-zo-pick-up, la masa del mismo y la elasticiad del conjunto. Se observa queexisten requisitos op uestos en tre los tres parámetros, ya que la elasticidado compliancia debe ser alta y la frecuencia de resonancia debe ser bajapara lograr un comportamiento satisfactorio del conjunto. La variableconstructiva es en este caso, la masa del conjunto de brazo-pick-up, que debe dimensio-narse cuidadosamente para lograr los valores óptimos.

Para aplicaciones en Hi-Fi y High End se recurre a los pick-ups magnéticos, sobre todoa los de bobina móvil. En la figura 7.6 vemos el aspecto de algunas cápsulas muy usadasen este rubro, si bien la cantidad de tipos disponibles es muy grande. Las cápsulas usadasson de la marca Grado, una es el modelo Platinum y la otra es el modelo Reference. El mo-delo Platinum posee una tensión de salida de 5,9mV y una compliancia de 18 mm/N en

sentido lateral y de 19 mm/N en sentido vertical. El peso del sistema es de 5,5 gramos. Elmodelo Reference tiene una salida de 5,19mV y una compliancia de 20 mm/N, tanto en sen-tido lateral, como vertical. El peso del sistema es de 5,5 gramos en este modelo. El comple-mento indispensable de las cápsulas de pick-up son las púas. Se usan generalmente púascon puntas de materiales preciosos, como zafiro o diamante y con un radio esfé-ricode unos 0,017 a 0,025 mm. Las normas REC-126A de RTMA especifican parapúas de tocadiscos domésticos u hogareños, un radio de 0,001 +0,0001 -0,0002pulgadas, valores que corresponden a 0,0254 +0,00254 -0,0508 mm. El ángulo dela punta deb e ser de 40° a 50°. A pesar de estas indicaciones normalizadas muyprecisas, existen enfoques diferentes que , a veces, mejoran los resultados del con-

junto. Nos referimo s en con creto a la pú a Shibata, cuyo aspecto se observa en lafigura 7.7, que posee una punta más elíptica que esférica. Esta púa permite la re-



Fig. 7.4

Fig. 7.5

Fig. 7.6



producción de frecuencias muy altas, del orden de los 45.000Hz, con una compliancia unascuatro veces mayor que el valor habitual.

Muchos pick-ups poseen púas cambiables y resulta necesario, desde luego, usar en to-dos los casos la púa adecuada correspondiente, recomendada por el fabricante.

Los brazos a los cuales se fija el pick-up, deben tener las dimensiones y demás paráme-

tros adecuados para evitar el patinaje, el desgaste prematuro de disco y púa y mantener entodo momento una posición estable y equilibrada del pick-up. A ello contribuye tambiénel valor correcto de la frecuencia de resonancia del conjunto brazo-pick-up, que debe es-tar entre 7 y 15Hz y en cualquier equipo de muy alta fidelidad, de 8 a 12Hz. Una frecuen-cia demasiado baja puede deberse a un brazo muy pesado o a una cápsula de complian-

cia inadecuada. En todo caso, es necesario ajustar lamasa del conjunto brazo-pick-up, de tal manera que semantenga en todo momento el tracking, o sea: la capa-cidad de la púa de mantener el seguimiento de los sur-cos, sin irregularidades.

7.3. MicrófonosDesde 1878, año en que David Hughes (1831-1900), fí-sico inglés, inventó el micrófono, el tipo de construc-ción y sus principios funcionales, han cambiado mu-cho. Los primeros micrófonos eran del tipo de carbón,durante muchos años en forma de una cápsula cerradaen la cual se encontraban encerrados una gran cantidadde gránulos de carbón. Una de las paredes de la cáp-sula era flexible, de tal manera que la presión sonorade la voz humana producía una flexión que apretaba

los gránulos al ritmo de esta presión. Al estar conectados en un circuito decorriente continua, cambiada la resistencia del conjunto y esta variación re-

sistiva producía una señal de audio en concordancia con la presión vocal.Este tipo de micrófono, que vemos en la figura 7.8, es usado en la actuali-dad sólo como transmisor en aparatos telefónicos.Por otra parte, vemos en la figura 7.9 el aspecto de un micrófono modernode Panasonic, el modelo RP-VK1, que es de l tipo que se usa actualmente enlos equipos electrónicos del hogar. El uso de micrófonos en Electrónica delHogar se limita principalmente a grabadores de au diocasetes, camcorder, sis-temas de karaoke y D.J. (Disc Jockey) familiares.Como se sabe el karaoke es una reproducción de algún disco CD o LD, enla que se elimina la parte cantada por el artista y sólo se deja la parte or-questal y el acompañamiento. Entonces la audiencia acompaña esta partemusical con su propia voz cantada. En este caso, muchos discos karaoke

proyectan la letra de la canción al reproducirla paraque el público puede leerla y cumplir su cometido"artístico". La palabra karaoke es de origen japonésy significa "orquesta vacía", lo que describe bastan-te bien la idea básica del término.En los tres tipos de aplicación se necesitan micrófo-nos de gran direccionalidad, ésta se logra medianteuna cobertura cardioidal, como vemos en la figura7.9. Con esta configuración se logra también un pa-trón estereofónico, como vemos en la figura 7.10. Enesta última aplicación se recomienda una distanciade unos 180 mm entre ambos micrófonos, para lo-



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Fig. 7.7

Fig. 7.8

Fig. 7.9

Fig. 7.11

Fig. 7.10



grar una captación separada de los canales de izquierda y derecha.Se usan generalmente dos tipos de micrófono para todas las aplicaciones

mencionadas. Uno es el micrófono capacitivo Electret y el otro es el tipo dinámi-co. El micrófono Electret es del tipo capacitivo y su construcción urge de la figu-ra 7.11. Se trata en principio de un capacitor que posee un dieléctrico de mate-

rial plástico cubierto por una capa metálica en una cara. Esta capa metálica esuno de sus electrodos. El otro es una placa metálica fija, contra la cual se apoyael dieléctrico. En e l proceso de fabricación el capacitor, formado p or los dos elec-trodos y el dieléctrico aislante, se carga y mantiene esta car-ga durante su vida útil en forma constante. La capa aislantedel dieléctrico se denomina Electret y, al recibir la presiónsonora cambiante, modifica su valor capacitivo. Este cambiopuede ser retirado por medio de los dos electrodos en for-ma de señal de audio que es enviada al preamplificador, ge-neralmente incorporado en el mismo micrófono . Este pream-plificador es muchas veces un simple transistor FET, que nosólo amplifica la señal de audio, sino que adapta su impe-dancia muy alta a un valor bajo de unos 200 ohms. Se reco-mienda generalmente una impedancia de carga de 1.000ohms, p ara no cargar el conjunto en forma excesiva. Muchos micrófonos Electret tienen in-corporado no sólo el preamplificador, sino también la pila o batería de alimentación.

Los micrófonos de capacitancia del tipo profesional tienen, a veces, preamplificadoresmuy elaborados, como vemos en la figura 7.13, que ilustra un micrófono profesional deSennheiser.

Los micrófonos deben tener un amplio rango de frecuencias y un buen rango dinámi-co. Este último está determinado por el nivel del ruido inhe-rente propio en el extremo más bajo, y por la máxima capa-cidad de tolerancia de la presión sonora, en el extremo más

elevado. Valores del orden de 12dB en el lado alto, en1.000Hz, son comunes en los micrófonos profesionales.En la figura 7.14 vemos las fotografías de diferentes patro-

nes de captación de micrófonos capacitivos que complemen-tan los patrones dibujados en las figuras 7.10 y 7.11. La figu-ra 7.14.A muestra un patrón omnidireccional, (B) muestra unpatrón en ocho, (C) indica la típica forma cardioidal, (D) indi-ca un patrón supercardioidal, (E) muestra un patrón supercar-dioidal, (E) muestra un patrón lobular de cañón corto y (F) in-dica el patrón lobular de cañón largo. Las fotografías de lospatrones de captación son cortesía de la firma Sennheiser.

El comportamiento técnico de los micrófonos está norma-

lizado en varias normas oficiales, como DIN45634, DIN45405,DIN45596, IEC179 y CCIR468-3.

El otro tipo de micrófono que habíamos mencionado co-mo importante para la Electrónica del Hogar, es el micrófonodinámico que también está muy difundido. El principio fun-cional surge de la figura 7.15. Una bobina cilíndrica está su-mergida en el campo magnético intenso, existente en el entre-hierro del imán y es movida por una membrana que vibra alritmo de la presión de aire sonora que recibe. La inducciónmagnética variable da lugar a una señal de audio en los ter-minales de la bobina. La tensión de esta señal es proporcio-nal a la frecuencia y la amplitud de la presión sonora, con un



Fig. 7.13

Fig. 7.12

Fig. 7.14

A B

C D

E F



valor aproximado de 25 milivolt por Pascal (mV/P). La sensibilidad mínima es delorden de los -72dB, sobre la base de 0db = 1V/microbar (V/µb) y la presión máxi-ma puede llegar a 50P = 130dB. La impedancia es del orden de los 200 a 600 ohmsen muchos modelos y el rango de frecuencia en micrófonos dinámicos de buena ca-lidad, abarca de 16 a 16.000Hz.

Los micrófonos dinámicos suelen ser de construcción robusta y poco afectados porcampos eléctricos externos. La señal de salida desde banda ancha con poca distor-sión. Una THD del 1% es común.En la figura 7.16 vemos el aspecto de un micrófono dinámico con apariencia de mo-delos de los años 1950-60, pero de fabricación reciente. Este tipo de micrófono se

usa para presentaciones nostálgicas y otras aplicaciones típicas. En esta categoría entrantambién los micrófonos inalámbricos que pueden estar conectados a pequeños transmiso-res miniatura de FM y transmiten en las frecuencias autorizadas de 36,7, 37,1 y 37,9MHz.Su potencia de salida es del orden de los 25mW, lo que permite su recepción por mediode receptores especiales, ubicados en las cercanías. Son muy usados para funciones perso-nales de canto o mensajes verbales.

Otros micrófonos especiales son los que se pueden colocar sobre la solapa en formacasi invisible mediante un clip o alfiler y aquellos otros modelos planos, destinados a sercolocados bajo las cuerdas de un instrumento musical adecuado. Todos estos modelos demicrófonos están dedicados al uso profesional, si bien sus características básicas son p are-cidas a las dos categorías generales, mencionadas más arriba e ilustradas en las figuras 7.12y 7.15.

7.4. AuricularesMuchos efectos físicos son reversibles, entre ellos el efecto piezo-eléctrico y el efecto

electro-dinámico. Ambos son ya conocidos por el amigo lector y, en especial, hacemos re-ferencia a la figura 7,15, en la cual habíamos ilustrado el efecto electro-dinámico en su apli-cación a los micrófonos. Esta misma figura permite, sin embargo, también la explicación

del efecto electro-dinámico inverso. Si aplicamos un a señal de au dio a la bobina móvil quese encuentra en el entrehierro de un poderoso imán, las alteraciones del campo magnéti-co producidas por la corriente de imán, las alteraciones del campo magnético producidaspor la corriente de audio que circula por la bobina móvil, hará vibrar la membrana que, enel caso de los auriculares, tiene un tamaño mayor que en los micrófonos.

El rango de frecuencias que se puede reproducir con este dispositivo abarca a toda lagama audible y tiene límites prácticos entre 15 y 27.000Hz, de acuerdo al modelo. Un asien-to acolchado permite hacer llegar las frecuencias reproducidas a los oídos sin interferenciasde ruidos exteriores. El nivel de audio es de unos 94dB y la distorsión puede estar en elorden del 0,4%. La presión del auricular sobre los oídos del usuario es del orden de los 3Newton (N). La impedancia nominal de las bobinas móviles del auricular puede variar deacuerdo al modelo, en tre 32 y 600 ohms. Se observa una impedancia relativamente alta que

ayuda a mejorar el rendimiento electro-acústico del auricular. En la figura 7.17 vemos el as-pecto de un auricular estereofónico de alta fidelidad, apto especialmente para usos en re-productores de música digital. Se trata del modelo RP-HT116 de Technics. Se observan es-pecialmente en esta figura los asientos acolchados del auricular.

Otro modelo de auricular es el modelo RP-WH80 de Panasonic que vemos en la figura7.18. Este auricular no tiene conexiones alámbricas, sino que usa el soporte, observable enesta figura, como ubicación de un transmisor infrarrojo, emisor de rayos infrarrojos modu-lados, que el usuario recepciona al llevar el auricular sobre la cabeza. El transmisor infra-rrojo está conectado a las salidas de audio estereofónicas o monoaurales del equipo queorigina estas señales y que puede ser un reproductor de CD o cualquier otro equipo de au-dio o de audio/ video, inclusive un televisor. El auricular posee control de volumen para re-gular la salida acústica de ambos canales en forma separada, de acuerdo a los deseos del



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Fig. 7.15

Fig. 7.16

Fig. 7.17



usuario. La frecuencia de transmisión es del orden de los 2,3 y 2,8MHz,con una relación S/N de unos 90dB. Pueden producir un nivel de presiónde 116dB, con una referencia de 1mV.

En general, los auriculares poseen un diseño ergonométrico para ma-yor comodidad del usuario y mejor eficiencia electro-acústica.

Un caso especial son los auriculares que se llevan en el interior del p a-bellón auditivo. En la figura 7.19 vemos el modelo RP-HV530D de Pana-sonic que posee características para mejorar y facilitar su uso. Muchos mo-delos de auriculares internos poseen imanes de neodimio o cobalto queposeen excelentes características magnéticas que permiten reducir su ta-maño y mejorar su eficiencia, lo que mejora los resultados de este tipo deauricular.

7.5. AltoparlantesEl tercer transductor electro-acústico del tipo dinámico que estamos

tratando en la presente obra, después del pick-up y el micrófono, es el al-toparlante. Los principios físicos de estos transductores son, desde luego,siempre los mismos, pero su construcción debe adaptarse a los fines es-pecíficos del mismo.

En la figura 7.20 vemos la construcción de un altoparlante con las partes componentesque posee . Además d e las partes ilustradas en esta figura, existen también los terminales dela bobina móvil que generalmente conducen a un tablerito con sendos conectores para per-mitir su conexión al resto del equipo. En la figura 7.21 vemos el aspecto de un parlante dealta fidelidad de 12 pulgadas (30 cm) de diámetro, en el cual se observa estos terminales.Se aprecia, además, la construcción del sistema magnético, basado en un imán anular, aligual que el de la figura 7.20 y que es el tipo de construcción usado con preferencia en laactualidad. Muchos parlantes antiguos poseen otra conformación del sistema magnético, ba-sada en un yugo que contiene el imán y adosadas al mismo, las piezas polares que se usan

para la distribución del campo magnético. En cuanto a la magnitud del campo magnético,se estima que el flujo magnético total para lograr un buen rendimiento en la tasa watts deaudio de entrada, versus intensidad de presión acústica de salida y además una buena res-puesta transitoria, debe ser del orden de los 1.000µWeber (100.000 Maxwells). La densidaddel flujo magnético en el entrehierro debe ser de 1.000 militesla (10.000 Gauss). Para refres-car la memoria de nuestros lectores, en cuanto a unidades de mediciónde efectos magnéticos, diremos que la unidad del flujo magnético es elWeber que corresponde al flujo magnético, producido en un circuitoeléctrico de una espira, por medio de una fuerza electromotriz de unvolt, cuando es reducido a cero en forma uniforme hasta una tasa de unsegundo. La densidad del flujo magnético se mide en Tesla, que corres-ponde al flujo magnético de un Weber por metro cuadrado.

Para la evaluación de cada parlante podemos trazar también un grá-fico, como el que vemos en la figura 7.21. para el parlante ilustrado, enel cual se traza la respuesta de la frecuencia en función de su intensidadde reproducción en dB. Se toma como referencia a 0dB = 52dB de pre-sión sonora con respecto a 2 x 10µBar. En el caso de la figura se obtie-ne la curva para el woofer AD12100/W de Philips, entre 40 y 1.500Hz.

En algunos casos, sobre todo en equipos de audio y radio del auto-móvil, donde el espacio es de gran importancia, se usan parlantes coa-xiales, en los cuales, en el interior de un parlante grande, se coloca otromás pequeño. Más adelante en este capítulo, explicaremos los motivospor los cuales se usan varios tipos de parlante, por ahora sólo queremosencarar su construcción mecánica. En la figura 7.22 vemos los pasos de



Fig. 7.20

Fig. 7.18

Fig. 7.19



construcción y las partes involucrados en la fabricación de un par-lante coaxial. En (1) vemos la campana modelada po r inyección deun material plástico de poliamidas. Se observan también los ima-nes anulares con sus placas de piezas polares. El material de losimanes solía ser típicamente e l alnico, una aleación de alumnio, ní-

quel y cobalto, pero en los años recientes se usan cada vez conmayor frecuencia aleaciones y compuestos con neodimio, paraconstruccuiones de tamaño reducido. El potencial energético delneod imio es d iez veces mayor que e l de aleaciones férricas. El neo-dimio es un elemento que fue descubierto recién en 1858 por elquímico austríaco Auer von Welsbach y pertenece al grupo de lastierras raras. El neodimio tiene afinidad con el vanadio, que tam-bién es usado en muchas aleaciones y compuestos cerámicos paramateriales magnéticos. Al usar estos materiales magnéticos más po-derosos, es factible fabricar altoparlantes de mayor potencia y me-nor tamaño y peso. En los imanes anulares se establece como nor-ma que el lado interno del anillo corresponde al polo magnéticosur.Siguiendo con la figura 7.22, vemos en (2) el proceso del bonina-do de la bobina móvil sobre un soporte de material plástico. Algu-nos modelos usan en la forma papel tratado (baquelitizado) y otrosusan moldes de aluminio. Como el aluminio es paramagnético, no

obstruye la acción magnética del imán. Algunos fabricantes usan cinta de cobre en lugar dealambre para el bobinado móvil. En (3) vemos el proceso de montaje entre cono, bobinamóvil y araña de suspensión. La araña es usada para mantener el cono centrado, fácilmen-te móvil, suspendido en el centro del entrehierro y además protege el conjunto contra laentrada de polvo o partículas extrañas. Los conos pueden ser de papel tratado, polipropi-leno con fibras de carbón, Kevlar u otros materiales desarrollados específicamente por ca-

da fábrica. En los p arlantes tipo twee ter para las frecuencias altas se usan conos rígidos quepueden ser de titanio uotros materiales similares,cuyo estampado se obser-va en (4). En (5) vemos e lmontaje del tweeter sobreun soporte tipo puente yen (6) vemos el ensamblefinal del altoparlante coa-xial, con el woofer abajoy el tweeter arriba.El uso de dos o tres par-

lantes diferentes, en unmismo equipo de audiode alta fidelidad, resultanecesario debido a quecada parlante posee unagama de actividad en unrango de frecuencias queabarca aproximadamentede uno a diez. En la figu-ra 7.23.A vemos como labanda total de frecuenciasde 20 a 20.000 hertz, se



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Fig. 7.21

Fig. 7.22 (1) Fig. 7.22 (2) Fig. 7.22 (3)

Fig. 7.22 (4)

Fig. 7.22 (5) Fig. 7.22 (6)



divide en tres sectores. Uno inferior a 300Hz, otro de 300 a3.000Hz y el tercero superior a los 3.000Hz. El primero es aten-dido por el parlante woofer, el segundo por el squawker y el ter-cero por el tweeter. En algunos equipos se usa también un sub-woofer que atiende los tonos en el rango de 10 a 100Hz, aproxi-

madamente. En el diagrama de la figura 7.23.A tenemos dos pun-tos de cruce, uno en 500Hz y el otro en 4.000Hz. Ahora bien, laconstrucción especial de cada tipo de parlante (imán, diámetro ymaterial del cono y otras diferencias específicas entre woofer,squawker y tweeter) no es suficiente para lograr que cada uno selimite a reproducir sólo la gama de frecuencias asignada, tambiénes necesario alimentarlos con las señales correctas. En el casocontrario, reprod ucirán todas las frecuencias que reciben y obvia-mente algunas con mala calidad. Para lograr la distribución co-rrecta de las frecuencias se usa circuitos de cruce, algunos muysimples, pero otros bastante complejos, como el que vemos e n la figura 7.24. Para estos cir-cuitos de cruce se pueden usar diseños de pasabajo, pasa-altos o de pasabanda. En las si-guientes figuras reproducimos algunas configuraciones circuitales típicas, acompañadas p orsu curva de respuesta y algunas expresiones matemáticas que permiten calcular los valoresde los componentes necesarios en cada caso.

La figura 7.23.B se refiere a circuitos pasabajos y pasa-altos de primer orden. En la fi-gura 7.23.C observamos circuitos más complejos con la misma finalidad, pero de segundoorden y en la figura 7.23.D vemos otro circuito de segundo orden con un desarrollo dife-rente. Finalmente, en la figura 7.23.E vemos un circuito de tercer orden matemático, con surespuesta característica. El tipo de diseño y construcción elegido, depende principalmentedel costo del equipo y de sus prestaciones especificadas.

En las conexiones entre parlantes y circuitos de cruce, debemos tomar en cuenta tam-bién otro aspecto, que está re-

lacionado con el hecho deque la impedancia de carga delos parlantes no es constanteen toda la gama de frecuen-cias de trabajo. Esto influye enque el circuito de cruce no"ve" en todo momento el mis-mo valor. Esta circunstanciaobliga al diseñador a agregarcomponentes reactivos quecompensen esta falta de linea-lidad, debida generalmente a

la inductancia de la bobinamóvil de cada parlante. Losvalores reactivos que se agre-gan, un capacitor y un resis-tor, compensan la variaciónde inductancia de la bobinamóvil y se denominan circuitoZobel. En la figura 7.25 vemosla forma del circuito Zobel yel efecto que produce en elconjunto. Para compensareventuales picos de resonan-



Fig. 7.23 (A)

Fig. 7.23 (C)

Fig. 7.23 (B)

Fig. 7.23 (E)

Fig. 7.23 (D)



cia en frecuencias típicas de squawker y tweeter (300 a20.000 hertz), se suele usar un circuito modificado de lafigura 7.25 y que vemos en la figura 7.26. En este casose agrega un valor inductivo que ayuda a compensar laresonancia indeseada en el rango mencionado y la tras-

lada a otros valores. Se observa que la compensación esbastante eficaz y elimina la resonancia esp ecialmente enel área de las frecuencias de cruce, donde más molesta.Estos circuitos de compensación de Zobel y de resonan-cia, se encuentran generalmente incorporados en los cir-cuitos de cruce más elaborados.En e ste tipo de trifurcación de frecuencias, se toma tam-bién en cuenta las características físicas y psíquicas de laaudición humana. En la figura 7.27 vemos el efecto de

direccionalidad que se produce en las frecuencias de audio. La curva de esta figura indicaque en las frecuencias bajas, inferiores a 150Hz, no existe ningún efecto direccional. Se pue-de colocar el sub-woofer que se dedica a estas frecuencias, en cualquier lugar del ambien-te que actúa de auditorio y el oyente escuchará estas frecuencias, pero no podrá determi-nar el lugar de su origen. En las frecuencias superiores a los 150Hz y en forma ascenden-te, proporcional al valor de la frecuencia, será cada vez más fácil determinar el punto deorigen de estos sonidos. Para un efecto estereofónico y envolvente es, por lo tanto, nece-sario que estas frecuencias superiores a 150Hz tengan un punto de origen bien definido,

que coincida también con su punto de origen en el espectáculo, musi-cal o visual.Si hacemos un análisis gráfico computarizado sobre diferentes parlan-tes, llegamos a los resultados que se observan en la figura 7.28. En es-tos gráficos se controla la respuesta transitoria de cada parlante. Lacomputadora mide la respuesta del parlante en intervalos de solamen-

te 0,13 milisegundos, haciendo un gráfico con un total de 35 curvas du-rante 4,5 milisegundos de tiempo. Las curvas son superpuestas en ca-da tabla de atrás hacia adelante. La primera curva, en la parte posterior(cima) de la Tabla, es la respuesta de la primera llegada del parlante a0,00 milisegundos. Después, las curvas de respuesta son superpuestashacia el frente del gráfico.Un detalle de suma importancia es la polaridad de la bobina móvil enconjunto de dos o más parlantes. En caso de estar fuera de fase uno delos parlantes, puede producirse un efecto de "valle" en la curva de res-puesta normal, generalmente plana. Se ilustra este efecto en la figura7.29. En algunos circuitos del tipo comercial existen indicaciones al res-pecto y también en los parlantes mismos se suelen encontrar marcas

adecuadas para identificar la polaridad de los mismos. Estas indicacio-nes deben tomarse en cuenta para lograr un conexionado correcto. Enmuchos parlantes modernos existen conexiones separadas en los gabi-netes que los albergan, para poder efectuar una conexión por separa-do de cada parlante. Este proceso se suele denominar "Bi-Wiring" (co-nexionado doble). En la figura 7.30 vemos el tablero de un gabineteacústico con los terminales necesarios para efectuar el conexionado se-parado para woofer y tweeter, etc.En algunos tipos de parlantes de alta fidelidad se usa un líquido ferro-magnético (ferrofluido) que me jora el rendimiento magné tico y térmicodel parlante y produce también un efecto refrigerante en los equiposde gran potencia, tanto en woofers como en tweeters. Se encuentra es-



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Fig. 7.24

Fig. 7.25

Fig. 7.26

Fig. 7.27



te líquido especialmente en tweeters debidoal alambre muy fino que los mismos usan ensu bobina móvil, que al calentarse, introducetoda clase de perturbaciones mecánicas yeléctricas. En estos parlantes se usa un en tre-

hierro con sellado hermético, para evitar lapérdida del líquido. El efecto es especial-mente notable en los equipos que funcionanen ambientes hostiles, motivo por el cualvolveremos sobre este tema más adelante.

7.6. Baffles y gabinetes acústicosPara lograr una reproducción sonora

adecuada, no es suficiente conectar uno omás parlantes a un amplificador. Los parlan-tes suspendidos al aire libre, pueden produ-cir lo que se ha dado en llamar un "cortocir-cuito acústico". En la figura 7.31 vemos comoel gabinete acústico, cualquiera que sea suconstrucción, evita que el sonido frontal seencuentre con el sonido posterior. Como am-bos sonidos tienen fase opuesta, pueden lle-gar a anu larse en forma parcial y además interactuar perjudicialmente. Generalmente, el so-nido frontal es mayor en su intensidad que el sonido posterior, pero este tiene fuerza sufi-ciente para cance lar una parte del sonido frontal e introducir distorsiones en el resto. Al en-cerrar los parlantes en gabinetes, se elimina este problema.

En algunos tipos de parlantes, sobre todo del tipo tweetero squawker, se introduce una variante constructiva que con-

siste en un montaje de sellado hermético. Esto elimina ya defábrica toda posibilidad de los temidos cortocircuitos acústicosy permite una mayor variación en el montaje de los parlantes.En la figura 7.32 vemos el aspecto de un tweeter sellado. Unmodelo similar, el tweeter ADO1624/T de Philips funcionacon ferrofluido y tiene una disipación e specificada de 6 watts,con un diámetro del domo (cono abovedado) de 25 mm. Eneste modelo se usa policarbonato como material del domo yademás se ha incorporado un difusor integrado en la cubierta. La intensidad de energía enel entrehierro es de 75 milijoule y la densidad del flujo magnético es de 1,8 tesla. Desdeluego es imprescindible usar un circuito de cruce adecuado para este tipo de tweeter.

En muchos casos se usa como gabinete acústico el tipo sellado, como el que vimos

en la figura 7.31. Sin embargo los conceptos se aplican también a otro tipo de construc-ción, llamado de reflejo de graves, que se encuentra también en la misma figura. Debe-mos considerar, sin embargo, que en este tipo de gabinete se observan a veces resonan-cias producidas por el mismo gabinete. Para evitar este efecto perjudicial, resulta impres-cindible efectuar los cálculos pertinentes y evaluar las consecuencias de dicho corte enel conjunto total del gabinete acústico. Esto se debe a que al cortar una abertura en lapared de un gabinete acústico hermético, este gabinete actuará como un sistema reso-nante debido a los movimientos que el aire efectúa en la cercanía de la abertura. La fre-cuencia de resonancia depende del volumen de aire y las dimensiones de esta abertura.Este es el principio de funcionamiento de los gabinetes de reflejos de graves (bass re-flex) que se usan con mucha frecuencia. La frecuencia de resonancia del gabinete debeestar de acuerdo con la frecuencia de resonancia de los parlantes, para obtener la carga



Fig. 7.28

Fig. 7.30

Fig. 7.29



acústica correcta para el cono. Sólo en este caso se obtiene sonidos graves limpios yfuertes, finalidad principal de este tipo de construcción. Las dos frecuencias de reso-nancias (gabinete y parlante) no son automáticamente idénticos y, por lo tanto, resul-ta necesario efectuar su sintonía en función de la frecuencia más baja especificada. Pa-ra ello de bemos considerar que las dimensiones físicas de las magnitudes en juego son

de valores importantes. La longitud de onda de un tono de 40Hz es de unos 8,5 me-tros y la dimensión mínima a considerar corresponde a media longitud de onda, 4,25metros en el caso que estamos considerando. Estas dimensiones son generalmente de-masiado grandes como para considerarlas para un equipo del hogar. Se recurre enton-ces a medidas especiales para lograr la reducción de estos parámetros. Una es el usode tubos o lentes acústicos cuya presencia ayuda a reducir las dimensiones del gabi-nete. En la figura 7.33 vemos el aspecto de uno de estos tubos de resonancia y tam-

bién el de una lente acústica que se usa en la construcción de gabinetes ventilados. El ajus-te de estos elementos puede realizarse con algunas mediciones pero la prueba final debeprovenir de un ensayo auditivo que confirme los resultados de la medición.

En la actualidad, este tipo de gabinete ha recibido mucha atención, pero en una escalamucho más reducida en cuanto a dimensiones físicas. Los anteriores gabinetes réflex fue-ron famosos por su excelente rendimiento acústico en frecuencias bajas y en conjunto conparlantes de 10, 12 ó 15 pulgadas (25, 30 ó 38 cm), pero en la actualidad se logran resul-tados similares con parlantes de sólo 6 ó 7 pulgadas (15 ó 18 cm), colocados en gabinetesde tamaños muy reducidos. En la figura 7.34.A vemos el aspecto de un ejemplo típico, unwoofer que permite la reproducción de unos 100 watt de potencia musical en un gabinetereflex de sólo 11,5 x 18,5 x 12,5 cm. El secreto de estos modelos de tamaño mínimo es lagran compliancia de la bobina móvil y del cono, como para permitir un desplazamiento devarios centímetros. La unidad magnética de estos parlantes debe tener también una cons-trucción adecuada para lograr este gran desplazamiento del cono. El criterio expuesto hatenido amplio éxito en el comercio y en el público, como surge de las figuras 7.34.B y7.34.C. En la primera se observa el aspecto de dos gabinetes acústicos convencionales de

gran tamaño y con una importante salida de audio de unos 100 watt o más, mientras queen la segunda aparecen, apenas visibles en la rep isa de la chimenea, dos cajas acústicas conla misma potencia audible, pero en un tamaño completamente reducido. La leyenda de am-bas figuras indica: "Sonido de parlante grande, sin los parlantes grandes".

En muchos casos se sigue, sin embargo, con los gabinetes acústicos de baffle infinitoen los cuales el parlante está montado en forma hermética dentro de un gabinete comple-tamente cerrado. Estos parlantes requieren una potencia más elevada para un mismo ren-dimiento acústico, pero la construcción y el ajuste del gabinete se simplifica mucho. Obvia-mente, el rendimiento acústico del gabinete ventilado es mayor, a pesar de su tendencia alas resonancias perjudiciales.

En la figura 7.35 vemos el aspecto de un gabinete terminado, pero aún con su respal-do sin atornillar. En la figura 7.36 vemos la terminación interna con su recubrimiento acús-

tico de lana de vidrio. En algunos casos se puede usar también lana ovina con buenos re-sultados de amortiguación acústica. En la figura se procede a engrampar este recubrimien-to en el interior del gabinete. En la figura 7.37 vemos otro paso en la terminación del ga-binete acústico con la colocación de una cinta adhesiva, que se coloca alrededor del bor-

de frontal para asegurar un cierre hermético. Finalmente enla figura 7.38 vemos el gabinete terminado con sus altopar-lantes (woofer, squawker y tweeter). Estas fotografías formanparte de la información suministrada gentilmente por el Ing.Carlos Colombo de Sound & Vision de Philips Argentina.Los gabinetes del tipo de baffle infinito (hermético) siguenocupando un papel importante en Audio Hi-Fi y, por lo tan-to, trataremos a continuación varios modelos con indicación



CAPITULO 7

Fig. 7.31

Fig. 7.32

Fig. 7.33

Fig. 7.34 (A)



de dimensiones, tipos de parlantes y otros datos.En primer término trataremos un sistema de parlantes apto para

equipos Hi-Fi del hogar, ya que se adapta a las especificaciones conte-nidas en las normas alemanas DIN45500. Se trata de un sistema de 20watt, con una respuesta de 69 a 20.000 hertz y con un volumen módi-

co de 7 litros. Se usa un woofer de 7 pulgadas y un tweeter de 1 pul-gada (18 y 2,5 cm), respectivamente. La potencia nominal es de 20 watty la potencia musical es de 30 watt.

Las características individuales del woofer y del tweeter usados enel sistema, surgen de las figuras 7.40 y 41.

En la figura 7.41 vemos el aspecto y los datos correspondientes a unmodelo de gabinete acústico de 65 litros de capacidad que da cabida a10 parlantes, a saber: 2 woofer de 12 pulgadas (30 cm), 4 squawkers de5 pulgadas (12,5 cm) y 4 tweeters de 1 pulgada (2,54 cm). La potencianominal es de 100 watt y la potencia musical es de 150 watts, de acuer-do a las normas DIN45500.

Hemos seleccionado este modelo en especial debido a que su dise-ñador lo llamó:

"Un sistema ruidoso para gente ruidosa", evidentemente una buenarecomendación para muchas aplicaciones "ruidosas".

Entre las características cabe mencionar el rango de frecuencias de30 a 20.000Hz y una frecuencia de resonancia de 64Hz. Las frecuenciasde cruce son 500 y 4.800Hz, de acuerdo a los parlantes empleados eneste diseño. Si bien se hace referencia a determinados tipos de parlan-tes es factible, desde luego, usar tipos similares que cumplen con los re-quisitos especificados.

Los capacitores deben ser de buena calidad y en lo posible ser deltipo no-polarizado. Caso contrario, conviene usar dos capacitores del

doble valor en serie, conectados en forma de polaridad opuesta.En cuanto a los resultados de la reproducción sonora en equipos de audio, debemostomar en cuenta también las características del ambiente en el cual se realiza la audición.La frecuencia más baja que se puede reproducir en forma satisfactoria en un ambiente ce-rrado, está relacionada con sus dimensiones. La dimensión más grande, su diagonal, surgede la figura 7.42. Reprod ucimos las dimensiones equivalentes a media longitud de ondapara varias frecuencias de son ido. Para frecuencias más bajas que las indicadas, el ren-dimiento del ambiente decae rápidamente.

________________________________________________Tabla 7.2. Dimensiones del ambiente y frecuencia más baja

Diagonal de l ambien te Frecuencia de corte

(longitud de onda/ 2) ( He r tz )



Fig. 7.34 (B)

Fig. 7.34 (C)

Fig. 7.35

Fig. 7.36 Fig. 7.38



8,5 metros 206,8 metros 255,66 metros 304,85 metros 354,25 metros 40

3,78 metros 453,40 metros 502,83 metros 602,13 metros 801,70 metros 100_______________________________________________

Para redondear el tema relacionado con la longitud de onda de algunas frecuenciasde audio, veremos en la Tabla 7.3 los valores correspondientes a varias frecuenciasdel espectro auditivo. Estos valores completan las indicaciones de la Tabla anterior,que indicaba los valores de media longiutd de onda._________________________________________________________

Tabla 7.3. Longitudes de onda de varias frecuencias de audio

f recuencia longitud de onda f recuencia longitud de ondaH z m e tro s H z milímetro s100 3,4 2500 136150 2,26 3000 113200 1,70 4000 85300 1,13 5000 68400 0,86 8000 42,5500 0,68 10000 34800 0,43 12000 281000 0,34 15000 23

1500 0,23 18000 192000 0,17 20000 17_________________________________________________________________________

7.7. Distribución del sonido para grandes audienciasCuando salimos de los ambientes de tamaño convencional en el hogar y tratamos de di-

fundir el sonido de alta fidelidad en ambientes grandes, como salas de concierto, salonesde baile y otros ambientes de tamaño parecido, nos encontramos con alternativas a vecespoco convincentes, en cuanto a calidad o, sobre todo, en lo referente al costo. En audito-

rios grandes se puede basar la difusión del soni-do en parlantes de gran tamaño, con capacidadde 200 watt o más, o también en sistemas de par-

lantes, debidamente distribuidos y conectados.Ambos método tienen algunos inconvenientesque trataremos de superar con sistemas especia-les de distribución del sonido, conocidos comoPaneles de Bessel de distribución radial. Con eluso de parlantes muy grandes, capaces de elabo-rar por sí solos potencias del orden de los 200watt o más, se tropieza con el inconveniente desu elevado costo y de una excursión muy exten-sa del cono, lo que bajo ciertas circunstanciaspuede introducir problemas en la calidad tonal,además de no reproducir correctamente sonidos



CAPITULO 7

Fig. 7.37

Fig. 7.39



de muy baja potencia. Por otra parte, los sistemas de alto-parlantes múltiples tiende n a concen trar el sonido en un hazmuy estrecho, con el agravante de que el ángulo de radia-ción está relaciondo con la frecuencia del sonido: a mayorfrecuencia, menor es el ángulo y mayor la concentración.

Esto puede producir que una parte de la audiencia quedefuera del área activa del p arlante y cuanto mayor sea la can-tidad de parlantes del sistema, más pronunciado será elefecto.

Los problemas mencionados con respecto a la distribu-ción sonora por una parte y el alto costo de parlantes po-derosos, por otra, pueden solucionarse por medio de lospaneles de Bessel. Estos paneles se construyen con parlan-tes convencionales de bajo costo, siguiendo, sin embargo,en su distribución y conexionado, normas relacionadas ma-temáticamente con las funciones de Bessel.

El origen de estas expresiones matemáticas se relacionacon el matemático y astrónomo alemán Friedrich WilhelmBessel (1784-1846), quien sistematizó las funciones de Bes-sel en el transcurso de su investigaciones heliocéntricas decarácter astronómico. A través de los años y también en laactualidad, se pueden usar las funciones de Bessel en elanálisis de vibraciones, el transporte del calor en cilíndrossólidos, el flujo de ondas electromagnéticas a lo largo de hi-los, la difracción de la luz, el análisis de bandas laterales enFM, en la teoría de la elasticidad y en hidrodinámica. Se ob-serva que se trata de una herramienta analítica muy útil enmuchas aplicaciones.

En la figura 7.43 vemos la distribución de cinco parlan-tes que se pueden conectar de acuerdo a los esquemas dela figura 7.44. La distancia entre parlantes adyacentes esigual, pero su polaridad y potencia se rigen por expresio-nes matemáticas apropiadas. El tipo de parlante usado pue-de ser el convencional de 8 pulgadas (20 cm) con impedan-cia en la bobina móvil de 8 ohms.

Lo dicho puede ampliarse de 5 a 7 ó 9 parlantes, parasistemas de siete unidades, con otros factores de pondera-ción que surgen de expresiones matemáticas.

Los paneles de Bessel se pueden combinar como, porejemplo, la combinación que se observa en la figura 7.47.

En este caso se combinan las funciones Bessel en tres filas.Esta configuración dará al sonido una distribución radial enla dirección horizontal y una concentración del sonido ensentido vertical en el nivel de los paneles. Esta distribuciónes especialmente apta para salas de cine o teatro, donde sedesea una concentración del sonido en el plano de la au-diencia.

Otra posibilidad de apilado de paneles de Bessel, surgede la figura 7.48, en la cual los parlantes están conectadosde acuerdo a la función de Bessel, tanto en sentido horizon-tal como vertical. En este caso el sonido tendrá una distri-bución hemisférica, apta para aplicaciones en anfiteatros o



Fig. 7.40

Fig. 7.41

Fig. 7.42



similares (salas de ópera, etc.). En la figura 7.49 vemos el aspecto de la sala del Tea-tro Colón, que puede tener una distribución como la señalada.Los paneles de Bessel son aptos también para conexiones estereofónicas en dos omás canales. En la figura 7.49 vemos una configuración estéreo. Observe en el circui-

to cómo se resuelve el problema de la conexión de (L-R)

y (R-L).Sistemas similares son posibles con 7 ó 9 altoparlantes odiseñados con combinaciones de paneles de Bessel. El sis-tema puede ser integrado a las recientes modalidades delDolby Surround, Dolby Surround Prologic y Dolby Su-rround Digital, que vimos anteriormente, en el Capítulo 4.Nuestra intención en este sector del libro fue la introduc-ción a las técnicas basadas en las funciones de Bessel enla distribución del sonido por medio de altoparlantes debaja potencia. Recuerde que los planteos teóricos, tal vez,sean algo complejas, pero la realización práctica está den-tro del alcance de todo técnico. También puede evitar quese introduzcan modificaciones en una instalación existen-

te, pensando que, tal vez, no influyan en el resultado, pero modificando sinquerer el esquema típico de los paneles de Bessel.También queremos mencionar que existe un criterio similar en el conexio-nado de micrófonos para diferentes patrones de captación de sonido, tan-to para incrementar la sensibilidad, como para lograr una captación omni-

direccional.

7.8. La importancia de lasbuenas conexionesYa habíamos mencionado en diferentes lugares de la pre-

sente obra que es imprescindible hacer buenas conexio-nes entre amplificadores y parlantes.Estas buenas conexiones se basan en varios parámetrosque podemos resumir de la siguiente manera: los conduc-tores deben ser de cobre y no de aluminio u otros mate-riales con una resistencia específica mayor que el cobre.La protección de la superficie por medio de un baño deestaño es favorable, pero no imprescindible. Los efectosde la conducción superficial no se presentan en las fre-cuencias de audio y, por lo tanto, la única función del ba-

ño metálico es la protección contra la corrosión, pero no influye de ninguna manera enel rendimiento del equipo de audio. Baños metálicos con materiales preciosos (oro y

otros) son simplemente un tema de estética y de costos, pero no intervienen en las carac-terísticas técnicas de audio. El diámetro del cable debe ser generoso, de acuerdo a las co-rrientes que circulan, que a su vez dependen de la potencia del equipo. Estimamos contoda modestia que el Código de Edificación de la Municipalidad, que fija los diámetros delos conductores eléctricos en instalaciones domiciliarias, puede ser más útil para determi-nar el calibre de los cables a usar, que los catálogos de los fabricantes de cables. Hay quecuidar que el diámetro sea el adecuado y que su longitud no exceda límites prudenciales.

A mayor distancia, también debe aumentar el calibre.Los terminales y contactos de los conectores en el amplificador y en los parlantes de-

ben estar limpios y también deben cumplir las mismas condiciones de conducción, paraevitar pérdidas adicionales en el equipo. La influencia de la inductancia y capacidad de loscables en audio es totalmente despreciable y generalmente casi imposible de medir. Lo que



CAPITULO 7

Fig. 7.43

Fig. 7.44

Fig. 7.45

Fig. 7.46

Fig. 7.47



hay que evitar son pérdidas por resistencia óhmica y el efecto térmico que las acom-paña, usando el diámetro adecuado del cable, de acuerdo a la distancia y la corrien-te que circula. Los aficionados a los cables muy especiales y caros, con baño de oroy otros refinamientos similares, tienen todo derecho a gastar su dinero como mejorles plazca. Pero el técnico debe recomendar las especificaciones técnicas razonables

y no favorecer aspectos que no tienen nada que ver con el funcionamiento correctode los equipos de audio. Una persona que gastó, tal vez, $10.000, o más, en un equi-po de audio, para dar un solo ejemplo, y desea ahora gastar $1.000 adicionales pa-ra cables de conexión, tiene todo derecho de hacerlo, pero sería imprudente pensarque con ello su equipo tendrá un mejor sonido.

Sólo justificamos el uso de componentes (cables, terminales, conectores) con ba-ño de oro en aquellas condiciones de trabajo donde el equipo está expuesto a unambiente muy hostil, con peligros de corrosión, como sucede, por ejemplo, en radioy audio del automóvil. En estos caso la protección adicional que brinda el baño deoro puede resultar conveniente.

Como última observación sobre el tema del calibre de los cables para parlantes, un co-mentario de carácter fisiológico y técnico. Se produce efectivamente en algunos cables demuy baja calidad un retardo relativo entre entre señales de100Hz y de 10.000Hz, pero el monto de este retardo es de20 picosegundos (1 picosegundo es la millonésima partedel microsegundo). La respuesta del oído humano con res-pecto a las impresiones auditivas es 25.000 veces más largaque el tiempo que involucra este retardo. No puede ser per-cibido por ningún ser humano.



Fig. 7.48

Fig. 7.49



AUDIO Y R ADIO

DEL AUTOMOVI L

8.1. IntroducciónLos numerosos equipos que componen el rubro radio del automóvil, tales como re-

ceptores de radio de AM-FM, pasacasetes de audio analógicos y digitales, pasadiscos de

CD y MD, amplificadores, ecualizadores y circuitos de cruce para señales de audio y

parlantes de todo tipo, se ven enfrentados a un ambiente hostil en el cual deben ac-

tuar.

El ambiente del automóvil es hostil por muchos motivos. El habitáculo donde

deben realizar sus funciones es ruidoso, eléctrica y acústicamente, posee di-

mensiones que superan raras veces los 8 metros cúbicos o menos, son alimen-

tados por una fuente con variaciones especificadas de fábrica entre 10 y 14

volt, lo que significa una tolerancia de 12 volt ±20% y que deben compartir

generalmente con cargas variables y fijas de toda índole, como el sistema de

encendido, motor de arranque, luces cortas y largas y otros equipos de carga

variable que se alimentan de la misma batería de 12 volt y un alternador de

carga de 14 volt, rodeado de otras influencias ambientales adversas, como pol-

vo, humedad, altas y bajas temperaturas y suciedad, movimientos, sacudidas y

vibraciones mecánicas y con un usuario que exige un rendimiento de sala de

concierto con un volumen y pureza de sonido de sala de ópera o de disco y

una completa estabilidad de funcionamiento.

Las exigencias funcionales son enormes, pero el equipo de automóvil, con

gran despliegue técnico, de inventiva y componentes de desarrollo exigente,

el equipo dijimos, cumple. Y no falla nunca o al menos só-

lo en forma muy excepcional.

La pregunta es obvia,

¿Cómo hacen los diseñadores y fabricantes para satisfacer es-

tas exigencias del "car-stereo"?

En el presente capítulo trataremos de contestar esta pregun-

ta y empezaremos presentando algunos de los equipos invo-

lucrados en el tema. En la figura 8.1 vemos un receptor-pa-

sacasete estéreo, en la figura 8.2 vemos un amplificador típi-

co y, en la figura 8.3, un parlante de tres vías. En la figura

8.4 vemos un caso extremo: un vehículo de demostración

equipado con 28 amplificadores y 76 parlantes y con una po-

tencia de audio de, nada menos que 13.000 watts. Se advier-te al espectador que no se acerque a este vehículo sin pro-

tección para sus oídos.

8.2. Receptores y amplificadores

para radio d el automóvil

Los requisitos para receptores de radio

para automóvil son varios y los siguien-

tes, los más importantes: tamaño reduci-

do, de acuerdo al espacio disponible en

la guantera y/o en el baúl, recepción de

AM-FM para aprovechar la mayor inmu-

AUDIO Y RADIO DEL AUTOMOVIL


CAPITULO 8

CAPITULO 8

Fig. 8.1

Fig. 8.2

Fig. 8.3



nidad contra ruidos de las estaciones de FM, com-

binaciones con otros componentes de varias pres-

taciones (casetes, CD, etc.) para lograr el mejor

aprovechamiento del espacio y para mayor facili-

dad de manejo, protección contra robos, potencia

suficiente para superar con comodidad el nivel de

ruido propio del vehículo y su ambiente, que exis-

te en toda instalación vehicular. No se recomien-

da la instalación de monitores de video en el au-

tomóvil, a pesar de que existen excepciones (que

nosotros no recomendamos) y una de estas excep-

ciones se observa en la figura 8.5. En este automó-

vil se reemplazó el espejo retrovisor interno, por

un monitor de TV-color para poder observar un

videocasete cuyo reproductor se encuentra en otra

parte del vehículo. Se observa también en esta fo-

to la ubicación del radio y del reproductor de CDen el panel frontal.

El problema de la protección contra robos se

soluciona generalmente por medio de componen-

tes removibles. En la figura 8.6 vemos que se pue-

de retirar el frente, con lo cual se inutiliza el resto del equipo. Se observa también la

construcción robusta del gabinete metálico del receptor.

En la figura 8.7 vemos un receptor de radio combinado con un reproductor de dis-

cos compactos. Goldstar denomina este modelo "CD-Receiver" (receptor con CD). Es-

tos modelos son aun menos difundidos que los receptores de radio con casetera de au-

dio, como el que vemos en la figura 8.8, pero

están ganando adeptos rápidamente. El mode-lo de receptor con casete tiene un control re-

moto removible que vemos en la figura 8.9. Es-

te control remoto es usado también como pro-

tección contra robos, ya que al retirarlo, el re-

ceptor queda sin su panel de control. La bate-

ría del control remoto es, en este modelo, del

tipo recargable y al colocar el control remoto

en su posición en el receptor, se recarga la ba-

tería automáticamente.

El receptor está también combinado con

un amplificador múltiple de cuatro vías conuna potencia de salida de 25 watt cada una. El

pasacasete incorporado posee auto-reverse.

Las conexiones de toda la unidad son de cons-

trucción especial, lo que permite el retiro del

equipo del vehículo con toda facilidad. En el

receptor encontramos también un conector

que p ermite la conexión de un reproductor de

CD portátil, cuyo sonido es entonces reprodu-

cido por el amplificador y los parlantes del re-

ceptor. Se observan en las figuras 8.7 y 8.8 al-

gunos símbolos que son de uso universal y se



Fig. 8.4

Fig. 8.5



usan con mucha frecuencia en

equipos destinados al mercado

europeo. Los símbolos de la figu-

ra 8.7, de izquierda a derecha,

significan: conexión para CD, po-

tencia de salida estéreo de 2 x 25

watt, regulador continuo para re-

partir a gusto del oyente la poten-

cia principal de audio a los par-

lantes frontales o posteriores o a

ambos por igual. Conectores para

amplificadores de potencia adi-

cionales que se pueden conectar

al equipo a continuación del

preamplificador. La impedancia

es la que corresponde a salida de línea. Las siglas

SDK se refieren a estaciones transmisoras que emi-ten información vial y que se sintonizan en forma

automática, aun cuando se está escuchando radio

o discos. La prestación Autostore permite una sin-

tonía automática de estaciones de FM, de acuerdo

a la intensidad en que llegan a la antena recepto-

ra en cada lugar donde se encuentra el vehículo.

Esta característica es muy útil sobre todo en viajes

largos, donde el área de captación cambia rápida-

mente. Esto elimina la necesidad de buscar esta-

ciones audibles de FM con el dial. La indicación

Local permite la misma prestación con estacionesde AM.

En la figura 8.8 tenemos dos filas de prestaciones

indicadas con sus respectivos símbolos. Aquéllos,

repetidos en la figura anterior, deben consultarse

en los datos de la figura 8.7. Se indica la entrada

de CD. SDK-ASS se refiere a la búsqueda automá-

tica de estaciones. Autoreverse es la posibilidad de

escuchar ambas pistas grabadas de un casete, sin

necesidad de dar vuelta el casete. Dolby se refiere

al sistema de reducción de ruidos Dolby B, incorporado, que brinda una reproducción

del casete con una reducción notable en el nivel de ruido del mismo. AMS permite elreconocimiento de la música grabada y de las pausas que separan cada pieza. Esto fa-

cilita la búsqueda de determinadas piezas musicales grabadas en el casete. Metal indi-

ca que los casetes de este tipo, usando el conmutador dedicado a esta función, recibi-

rán la polarización previa correspondiente a sus características. La indicación Full logic

se refiere al tratamiento digital de todas las funciones del equipo para evitar superpo-

siciones. Por ejemplo, se introduce en forma automática la posición de stop entre avan-

ce y retroceso. Esto facilita el manejo y evita problemas engorrosos. Quickout se refie-

re a la posibilidad de retirar rápidamente la unidad del receptor debido a que todas las

conexiones de entrada y salida se encuentran en un tablero especial de conexión y des-

conexión rápida. En cuanto a características circuitales, deseamos destacar algunas de

las más frecuentes a continuación. En este caso observamos una cierta superposición



CAPITULO 8

Fig. 8.6

Fig. 8.7

Fig. 8.9

Fig. 8.8



de parámetros entre receptores y amplificadores, debido a que son numerosos los mo-

delos que reúnen ambas funciones en la misma unidad.

La exigencia más importante y plenamente justificada en audio del automóvil, es la

superación de los límites del ambiente en el cual se desarrolla su campo de acción. Sa-

bemos que el ruido acústico de fondo es muy grande y supera todos los límites que

suelen existir en equipos estacionarios en el hogar. Uno de los principios en autorra-

dio es, entonces, el incremento de la potencia para lograr una relación señal-ruido

aceptable. El ruido no se puede bajar mucho y, por lo tanto, sólo queda el recurso del

incremento de la señal.

Otro aspecto, íntimamente relacionado con el

primero, es la limitación en el espectro de fre-

cuencias debido al espacio reducido disponible.

Nuevamente es el amplificador que debe suminis-

trar una mayor potencia en graves para suplir las

limitaciones amb ientales. Se suele agregar un sub-

woofer para aprovechar al máximo esta gama am-

pliada en las frecuencias bajas del amplificador.Pocos vehículos poseen dimensiones físicas ade-

cuadas para frecuencias inferiores a los 60Hz, que

vimos en la Tabla 7.2, y es sólo la potencia del

subwoofer que permite extender el rango a 30Hz

o valores inferiores.

En la figura 8.11 vemos el aspecto del interior

de un equipo de Alpine con sus transformadores

toroidales que se caracterizan por su reducido

campo disperso y gran eficiencia. También se ob-

servan los capacitores electrolíticos sobredimen-

sionados para lograr la estabilidad y filtrado supe rior de la tensión de la fuente, que sonesenciales para una reproducción de alta fidelidad.

El diseño de la fuente de alimentación y de los amplificadores es tal que se obtie-

nen con la tensión nominal todos los valores de performance especificados y al aumen-

tar la tensión, como puede suceder en el ambiente del automóvil, se incrementa el ren-

dimiento de las etapas. Esto, al mismo tiempo, constituye una protección contra estas

irregularidades inevitables en la tensión de la fuente primaria, la batería del automóvil.

Un ejemplo para este criterio lo vemos en el modelo MRV-F400 de Alpine cuyo aspec-

to se observa en la figura 8.12. El amplificador de esta serie V12 de Alpine posee una

potencia de 4 x 40 watt con una tensión de 12 volt en la batería. El mismo amplifica-

dor produce 4 x 60 watt, con la tensión de 14,4 volt.

En ambos casos, el rango de frecuencias es de 20 a20.000Hz y una THD de 0,04%, pero con una ten-

sión en un 20% mayor, la potencia llega a un 50%

mayor. Cabe destacar que la fuente tiene regulación

con PWM (Pulse Width Modulation = modulación

por ancho de pulso). El circuito de las etapas de po-

tencia es del tipo darlington en configuración simé-

trica (en Push-pull) y en paralelo de varias etapas.

En la figura 8.13 vemos los circuitos básicos del tipo

darlington para transistores NPN y PNP, que funcio-

nan en forma complementaria. Configuraciones si-

milares fueron usadas también en el circuito de la fi-



Fig. 8.10

Fig. 8.11

Fig. 8.12



gura 6.17, que fue analizado

detalladamente en el Capítulo

6. Otro de los aspectos im-

portantes en la reproducción

sonora es la simulación de d i-

ferentes ambientes con sus

sonidos característicos, como

vimos ya anteriormente en el

Capítulo 1, en la figura 1.10.

Hicimos en e sta figura y en el

texto que la acompaña, mención es-

pecial de los diferentes efectos sono-

ros simulados que se pueden lograr

por medio de la ecualización y reber-

veración introducida en la imagen

tonal producida por el receptor-am-

plificador, pero a veces están ubica-dos en una unidad separada, como

el procesador y controlador del cam-

po sonoro, modelo 3342 de Alpine.

Recordamos que el ecualizador debe estar conectado en-

tre el preamplificador y el amplificador de potencia final.

En las unidades conjuntas de sintonizador y amplificador

final, generalmente no se puede conectar un ecualizador

externo, salvo que se usan los conectores del preamplifi-

cador, previstos en algunos modelos y se agrega un am-

plificador de potencia a continuación del ecualizador. Es-

ta solución es, desde luego, factible, pero no la consideramos muy práctica.En la figura 8.14 vemos el aspecto de esta unidad que puede ser manejada por con-

trol remoto y que se rige por las especificaciones del sistema BBE. En la figura 8.15 ve-

mos el esquema en bloques del sistema BBE. Se observa que la señal de audio, a par-

tir del borne de entrada, es filtrada y dividida en tres rangos de frecuencia que abar-

can, respectivamente, de 0 a 150Hz, de 150 a 2500Hz y de 1500 a 20.000Hz. Estas tres

componentes reciben un tratamiento por separado, de tal manera que se introducen re-

tardos con o sin amplificación y con tiempos de retardo que varían entre 0 y 2,5 mili-

segundos, según la frecuencia en proceso. Asimismo se amplifican las señales en for-

ma variable, pasando finalmente todas las componentes, tanto las que tienen retardo,

como las que no lo tienen, a una etapa sumadora. El resultado es una señal ecualiza-

da que se ajusta a las indicaciones de los ocho programas prefijados (sala de concier-to, efecto de estadio deportivo, efecto de catedral, de disco, en vivo, etc.). Además exis-

ten, en el modelo 3342, once posiciones de ecualización independiente en las siguien-

tes frecuencias: 31,5Hz, 63Hz, 125Hz, 190Hz, 250Hz, 500Hz, 1kHz, 2,2kHz, 4,5kHz y

18kHz. Se observa que en la distribución de la mayoría de estas frecuencias se sigue la

ley de las octavas musicales de 2 a 1, para dotar a cada octava del espectro musical su

propio valor de ecualización. Existe además una salida especial para la conexión de un

subwoofer con una frecuencia de cruce de 80Hz. El procesador digital del modelo 3342

permite la realización de efectos de reverberación con retardos variables de 30 a 100

milisegundos.

Para resumir, podemos observar que este ecualizador permite acentuar o atenuar ca-

da octava por separado, con ±12dB y además incluir, en sendas etapas, diferentes gra-



CAPITULO 8

Fig. 8.13

Fig. 8.14

Fig. 8.15



dos de reverberación o eco, para lograr los resultados deseados, a pesar del ambiente

ruidoso y acústicamente hostil, como lo es el automóvil.

Otros parámetros pueden ser regulados en forma automática, como los llamados

BLE (Bias, Level, Equalization = polarización, nivel y ecualización). Esta prestación se

caracteriza por normalizar en forma automática el nivel del sonido, la polarización de

la etapa y la ecualización de la señal. Debemos tomar en cuenta que en el ambiente

del car-stereo existen dos puntos delicados en la gama de frecuencias de audio, uno es

la frecuencia de 40Hz, que generalmente se encuentra muy atenuada, motivo por el

cual requiere una acentuación, mientras el otro punto difícil está en el rango de los

150Hz, donde se puede producir un efecto contrario, un exceso de señal que cada vez

que aparece en el woofery/o subwoofer, introduce un efecto de trueno, sumamente

molesto. Con los circuitos automáticos mencionados u otros de acción similar, se pue-

den eliminar ambo efectos perjudiciales.

8.3. Parlantes para automóvilLos altoparlantes para receptores de car-stereo se caracterizan generalmen-

te por una construcción robusta, blindada y protegida contra influencias am-

bientales externas de todo tipo. En la figura 8.16 vemos unos parlantes de

Rockford-Fosgate, junto con un protector de tweeter de la misma marca. Estos

protectores activos evitan y eliminan los picos de señales con frecuencias fue-

ra de la banda del tweeter y limitan la potencia efectiva, entregada al mismo,

a los valores específicos de cada modelo. El modelo ilustrado es el TX4183, po-

see también un filtro de tercer orden del tipo Butterworth, que produce el cru-

ce de frecuencias correspondiente al tweeter. El mismo posee un domo de ti-

tanio. Deseamos recordar al amigo lector que los filtros de tercer orden fueron

tratados e ilustrados en la figura 7.23.E.

En la figuras 8,17 y 8.18 vemos el aspecto de dos modelos de parlantes de

tres vías, que se recomiendan para instalaciones chicas y medianas. El conjun-to de los tres parlantes permite aprovechar el reducido espacio disponible con

un rendimiento aceptable. A veces se colocan estos parlantes en las puertas del

vehículo, como veremos más adelante. El parlante triple de la

figura 8.17 es redondo de 16 cm de diámetro y posee una po-

tencia nominal de 30 watt, con una po tencia musical máxima de

90 watts. El conjunto de los tres parlantes abarca las frecuencias

de 55 a 21.000Hz, con un nivel de presión sonora de

91dB/W/m. La reducida profundidad de sólo 46 mm permite su

incorporación en casi todos los vehículos en el mercado. Se

usan en este modelo de parlante triple imanes de estroncio (un

tipo de cerámica) para lograr una reducción del tamaño con unincremento en la fuerza magnética.

El parlante triple de la figura 8.18 es de for-

ma ovalada, con un tamaño de 15 x 23 cm. Su

potencia nominal es de 30 watt y su potencia

musical máxima de 100 watts. El rango de fre-

cuencias combinado de woofer, squawker y

tweeter de este parlante de Alpine, es de 40 a

22.000Hz. El nivel de presión sonora es de

91dB/W/M. La profundiad de montaje es de 66

mm. Se usan imanes de estroncio en el woofer

y en el squawker y de neodimio en el tweeter.



Fig. 8.17

Fig. 8.18

Fig. 8.16



Las bobinas móviles son de polimidas en sus formas. Todos los

parlantes ilustrados poseen rejillas de protección desmontables.

En la figura 8.19 se observa un subwoofer activo de Alpine que

está incluido en un gabinete autónomo junto con su amplifica-

dor especial. El parlante es de 16 cm, con una potencia nomi-

nal de 40 watt. El nivel de la presión sonora (SPL) es de

90dB/W/m y el rango de frecuencias del subwoofer a los de-

más parlantes del sistema. Si existe por ejemplo un woofer que

llega a 50Hz, conviene elegir una frecuencia de cruce más alta,

tal vez, de 80Hz, para combinar armoniosamente los rangos de

frecuencia.

Algunos parlantes poseen refrigeración por medio de fluidos fé-

rricos. Si bien este tipo de construcción ya se comentó anterior-

mente, presentamos aquí una vista de su construcción en la fi-

gura 8.20. Observe la ubicación del fluido férrico (ferro fluid) que ro-

dea la bobina móvil. Este espacio está herméticamente cerrado por me-

dio de la pieza polar del imán, por un lado, y la araña o suspensióndel cono, por el otro. La presencia, en parlantes de automóvil, del lí-

quido con su poder refrigerante es muy conveniente para lograr el má-

ximo rendimiento de los mismos, en las condiciones de montaje que

existen en este rubro.

8.4. La instalación de equipos de car-stereoA pesar de la gran variedad de vehículos en los cuales deben colocar-

se los equipos de automóvil, existen normas básicas comunes en mu-

cho de ellos. En principio, vemos en la figura 8.21 un equipo de radio

colocado en un automóvil, aspecto bien conocido por todo el mundo,

si bien no todos los tableros de automóvil se parecen al ilustrado. Sinembargo existen normas DIN que rigen este tema y, la mayoría de los

vehículos fabricados bajo estas normas, ya sean de origen europeo,

americano o japonés, poseen una apertura adecuada para dar cabida a

los equipos de radio, casete o CD, fabricados también bajo estas nor-

mas, independientemente de su marca. Este corte de medidas aproba-

das es de 178 x 50 mm. Otro lugar preferido para la colocación de

componentes es la guantera y, para los amplificadores de potencia y

parlantes de gran tamaño, el baúl. El tema de los parlantes es general-

mente algo más com-

plejo, como vemos en

la figura 8.22, dondese observan tres alter-

nativas para la coloca-

ción de parlantes en

puertas y ventanas del

automóvil. En la figura

8.23 vemos la ubica-

ción de un amplifica-

dor y de un tablero de

conexiones en el baúl

del automóvil. Esta fi-

guras son sólo de



CAPITULO 8

Fig. 8.21

Fig. 8.19

Fig. 8.20

Fig. 8.22 (A)



orientación, ya que las varia-

ciones del tema son numero-

sas.

En la figura 8.24 vemos

otra variante que usa conecto-

res RCA, DIN e incluso cables

de fibra óp tica. Se observa que

el receptor y pasacasete 7618R

y el procesador digital 3362 es-

tá en el frente, mientras que el

cambiador de discos CD 5957S

está en el baúl del vehículo,

junto con dos amp lificadores

de potencia. El receptor 7618R

posee también los circuitos

electrónicos necesarios para

controlar a distancia el cambia-dor de seis CD, modelo 5957S.

Este modelo está equipado

con un conector de fibra ópti-

ca que se observa también en

la misma figura y que permite

un conexionado digital por medio del sistema Digital Link de Alpine. El 5957S permite

pasar seis discos CD, controlado por el procesador en el frente. El procesador 3362 per-

mite también una amplia variación del campo de sonido, tanto en su ecualización pa-

ra diferentes ambientes (sala de concierto, estadio, catedral, etc.) como para la distribu-

ción del sonido en favor de los pasajeros (atrás) o del conductor (adelante). Este equi-

po posee conexiones para ocho parlantes.Un punto muy importante en la radio del automóvil es la fuente de tensión prima-

ria, la batería de 12 volt del vehículo. Cuando se usan equipos de audio medianos o

pequeños, la batería normal del automóvil está en condiciones de brindar un servicio

suficiente. En cambio en los equipos de gran potencia y gran consumo, se

recomienda usar baterías especiales y eventualmente, adicionales a la ori-

ginal del coche. En este terreno la industria ha sacado buen provecho de

los avances obtenidos en este tema en al industria bélica. Actualmente se

ofrecen baterías especiales, basadas en electrolíticos gaseosos recombinan-

tes, que poseen un cierre completamente hermético y no requieren ningún

agregado de líquidos, simplemente porque no continen ningún líquido.

Los datos técnicos de esta batería junto con unos conectores de construc-ción muy robusta, son los siguientes: tensión: 12 volt, corriente para el

arranque en frío: 550 ampere, pico máximo de la

corriente de descarga: 1.200 ampere, capacidad:

35 ampere/horas, peso: 14,5 kilogramos, tamaño:

24,5 x 12,7 x 15,6 cm.



Fig. 8.22

Fig. 8.23

Fig. 8.24



FUNDAMENTOS DE INSTRUMENTOS

MUSICALES ELECTR ONICOS

9.1. Introducción a la música electrónicaEn el Capítulo 1.6 de la presente obra habíamos establecido las normas que rigen la

música occidental y que tiene como base una octava de 12 tonos. En esta octava se fija

la nota LA de 440Hz y se relacionan con ella los 12 tonos de la octava. Como la nota más

baja de una octava tiene una frecuencia igual a la mitad de la frecuencia de la octava si-

guiente, vemos que las 12 notas se relacionan por un factor de 1,059463094, que es la

doceava raíz de dos. La escala musical así formada surge de la Tabla 1.2 del Capítulo 1 y

en todo el reino musical que disfrutamos y que está al alcance de nuestros oídos, pode-

mos ubicar unas 10 octavas, aproximadamente.

El alcance musical es, sin embargo, menor y abarca unas 97 notas entre 32 y 8.372Hz.

Repetimos que todas las notas están relacionadas con el factor arriba anotado y las fre-

cuencias de las octavas guardan la relación de dos a uno, como vemos en la figura 9.1.Para crear, entonces, un instrumento musical electrónico, parece ser suficiente conec-

tar 97 generadores individuales, uno para cada tono, para producir una salida separada

de cada no ta que se ap lica a u n am plificador y u n p arlante, y el instrumen to musical elec-

trónico está listo. En una época pasada, efectivamente fue este el camino de la mayoría

de los órganos electrónicos que se construyeron en la época de los años 30 y en los pos-

teriores.

Este sistema, sin embargo, no es sencillo ni estable, a través del tiempo y no es bara-

to. Todas las notas de este órgano deben ser afinadas en su frecuencia en forma indivi-

dual, igual que un piano convencional, pero con el inconveniente de que numerosos fac-

tores influyen en que este ajuste no tenga una estabilidad prolongada. La influencia de

variaciones en las tensiones de alimentación o en algunos componentes y en el enveje-cimiento de todos los componentes, producen excursiones en las frecuencias generadas,

que no son tolerables en el mundo de la música. No olvidemos que el arte libre de la

música está regido por leyes matemáticas y físicas muy rigurosas. Nuestro oído tiene por

costumbre notar conson ancias y disonancias de no tas musicales en forma mu y destacada

y cuando más educado está un oído en el sentido musical, mayor es el efecto que las

disonancias producen.

El avance de la Electrónica, con la introducción de los circuitos in-

tegrados MOS-LSI (Metal Oxide Semiconductor - Large Scale Inte-

gration) de integración en gran escala, ha p ermitido cambiar com-

pletamente el criterio para la construcción de los órganos electró-

nicos y de muchos otros instrumentos musicales electrónicos.

9.2. El órgano e lectrónico m od ern oLos osciladores del tipo RC o LC que se usaban para generar las

97 frecuencias diferentes, fueron reemplazadas por un único osci-

lador de alta frecuencia, de 2 a 4MHz, que produce una sola fre-

cuencia, como vemos en la figura 9.2. Esta única frecuencia es

aplicada a circuitos integrados MOS-LSI que contienen varios divi-

sores de frecuencia que dividen la señal original, de tal manera

que el resultado de 12 divisores es siempre una occtava de 12 to-

nos. Aun cuando la frecuencia del oscilador maestro cambie en

forma accidental o intencional, las frecuencias resultantes manten-

FUNDAMENTOS DE INSTRUMENTOS MUSICALES ELECTRONICOS


CAPITULO 9

CAPITULO 9

Fig. 9.1



drán siempre su relación armónica y su valor musical. Se usa, por

lo tanto, un integrado como generador de la octava superior, la

más alta que deseamos obtener y otros divisores que se aplican

a continuación para lograr toda la cantidad de notas que debe te-

ner el instrumento.

En la figura 9.3 vemos un ejemplo típico que corresponde al

integrado MM5891N de National Semiconductor. Existen, sin em-

bargo, variantes en el diseño del generado r maestro al partir de

diferentes valores de la frecuencia original.

En la Tabla 9.1, hemos resumido los valores de diferentes fre-

cuencias de la octava superior y los divisores de frecuencia usa-

dos para o btenerlos. Además se indican los valores no minales de

cada frecuencia pra poder comparar la exactitud con la cual se

generan las frecuencias en el órgano electrónico. Se indican tam-

bién, como dato ilustrativo, los tipos de circuitos integrados, usa-

dos con cada diseño.

______________________________________________

Tabla 9.1. Frecuencias obtenidas con diferentes valores del os-

cilador maestro.

F rec. de l o sc. maestro Diviso r F rec. real Hz No ta F rec. nominal Hz

2,00024MHz 239 8369,21 DO 9 8372,02

(MM5832) 253 7906,09 SI 8 7902,13

(AY-1-0212) 268 7463,58 LA#8 7458,62

284 7043,10 LA 8 7040,00

301 6645,32 SOL#8 6644,88319 6270,34 SOL 8 6271,93

338 5917,87 FA#8 5919,91

358 5587,26 FA 8 5587,65

379 5277,68 MI 8 5274,04

402 4975,72 RE#8 4978,03

426 4695,40 RE 8 4698,64

451 4435,12 DO#8 4434,02

478 4184,61 DO 8 4186,01

2,126080MHz 254 8370,39 DO 8372,02

(MM5555) 269 7903,64 SI 8 7902,13(S1857) 285 7459,93 LA#8 7458,62

302 7040,00 LA 8 7040,00

320 6644,00 SOL#8 6644,88

339 6271,62 SOL 8 6271,93

359 5922,23 FA#8 5919,91

380,5 5587,60 FA 8 5587,65

403 5275,63 MI 8 5274,04

427 4979,11 RE#8 4978,03

452,5 4698,52 RE 8 4698,64

479,5 4433,95 DO#8 4434,02

508 4185,20 DO 8 4186,01



Fig. 9.2



4,252160MHz 254 16740,78 DO 10 16744,04

(AY-3-0214) 269 15807,28 SI 9 15804,26

(MK 50242) 285 14919,86 LA#9 14917,24

302 14080,00 LA 9 14080,00

320 13288,00 SOL#9 13289,76

339 12543,24 SOL 9 12543,86

359 11844,46 FA#9 11839,82

380,5 11175,20 FA 9 11175,30

403 10551,26 MI 9 10548,08

427 9958,22 RE#9 9956,06

452,5 9397,04 RE 9 9397,28

479,5 8867,90 DO#9 8868,04

4,008MHz 239 16738,40 DO 10 16744,04

(AY-3-0215) 253 15812,10 SI 9 15804,26

(MK 50240) 268 14927,10 LA#9 14917,24

284 14086,10 LA 9 14080,00301 13290,60 SOL#9 13289,76

319 12540,60 SOL 9 12543,86

336 11835,70 FA#9 11839,82

358 11174,50 FA 9 11175,30

379 10555,30 MI 9 10548,08

402 9951,40 RE#9 9956,06

426 9390,70 RE 9 9397,28

451 8870,20 DO#9 8868,04

478 8369,20 DO 9 8372,02______________________________________________________________

Una vez obtenidas las notas de la octava superior, sólo es necesario pasar las mismaspor sendos divisores de frecuencia, para lograr cada una de las notas más bajas que se

desea obtener. Una configuración muy común es la de 8 octavas,

para lo cual se necesita un divisor de siete veces dos, despu és de la

octava superior. En la figura 9.4 vemos el esquema de un divisor de

frecuencias de este tipo, el circuito integrado AY-1-1007B de Gene-

ral Instrument. Existen, sin embargo, muchos otros integrados con

la misma función.

El funcionamiento de los divisores de frecuencia con un factor de

dos es muy confiable, ya que básicamente son etapas flip-flop que

no pu eden fallar generalmente, o funcionan bien o, directamente,

dejan de funcionar y su falla es fácilmente detectable.Muchos podrán preguntar por qué no hemos mencionado el uso de

un cristal de cuarzo, en la función del oscilador maestro del órgano

electrónico. El motivo es que este oscilador recibe muchas veces

una o más señales adicionales, que lo sacan de su frecuencia nomi-



CAPITULO 9

Fig. 9.3

Fig. 9.4



nal. Esto es factible en un oscilador de cuarzo, pero requiere circui-

tos adicionales más complejos. Con un oscilador I.-C del tipo Har-

tley o Colpitts, la solución es más sencilla. Esas dos señales adicio-

nales son las que corresponden al efecto vibrato, se trata de un os-

cilador de baja frecuencia, del orden de los 6Hz, aproximadamente,

que se puede aplicar al oscilador maestro para modularlo en fre-

cuencia. En la misma figura 9.2, donde se observa el circuito del os-

cilador maestro, se encuentra también el circuito resonante para lo-

grar su modulación de frecuencia. El oscilador del vibrato es del ti-

po de rotación de fase a través de tres sectores RC que introducen

un desfasaje d e e xactamente 180 grados p ara una sola frecuencia, en

la cual oscila entonces este oscilador. El control de 25K permite va-

riar el valor de RC y con ello, la frecuencia del vibrato. Para produ-

cir el trémolo es necesario modular la señal del oscilador maestro en

amplitud, también con un valor de frecuencia similar al vibrato. En

la figura 9.5 vemos un circuito de trémolo, donde Q1 es el oscilador

de 6Hz, del tipo de rotación de fase y Q2 es una etapa de amplifi-cación intermedia cuya amplitud es controlada por el oscilador de

Q1. Ambos osciladores pueden conectarse o desconectarse a volun-

tad.

Con los datos expuestos del oscilador maestro, vibrato y trémo-

lo y los datos de los divisores de frecuencia, pod emos estudir ahora

el esquema en bloques de un órga-

no electrónico que vemos en la fi-

gura 9.6. Los tres osciladores men-

cionados se encuentran en la parte

superior del diagrama y ellos son

de carácter analógico. Al entrar laseñal al generador de la octava su-

perior y de allí a los 12 divisores

de frecuencia, esta señal sinusoidal

analógica actúa como clock para

los circuitos digitales de los diviso-

res de frecuencia. Esta transforma-

ción es necesaria por dos motivos:

uno es la facilidad con la cual los

circuitos digitales del flip-flop per-

miten la división por dos y el otro

la necesidad de disponer de unaseñal rica en armónicas para llegar

por filtrado a la alimentación de di-

ferentes armón icas que permiten la

simulación de diferentes instru-

mentos musicales. En la figura 9.7

observamos una parte de esta

transformación en diferentes for-

mas de onda y el contenido armó-

nico de los mismos.

Los diferentes instrumentos po-

seen tonos con un contenido ar-



Fig. 9.5

Fig. 9.6



mónico típico. Las ondas cuadradas con su contenido de armó-

nicas impares, p uede n u sarse e n forma d irecta sólo para flautas

y clarinetes, pero los instrumentos de lengüetas y de cuerdas

poseen un contenido de armónicas pares e impares, propio de

las ondas de sierra. Para obtener ondas diente de sierra, a par-

tir de las ondas cuadradas, puede usarse un proceso de escalo-

nado, como el que vemos en la figura 9.8. En este circuito se

mezcla una señal de onda cuadrada de frecuencia f con otra de

frecuencia 2f, para lograr a la salida de una etapa de mezcla,

una señ al escalonada. En mucho s órganos se usa la señal de sa-

lida de varias octavas para obtener una señal diente de sierra

más refinada. En órganos de bajo precio se suelen u sar dos eta-

pas, en cambio en los instrumentos de mayor calidad, se usan

cuatro o más octavas para la formación del diente de sierra. Pa-

ra poder conectar los diferentes circuitos y activarlos en una de-

terminada secuencia de frecuencias, es ne cesario usar un tecla-

do. El teclado, en su forma más sencilla y primitiva, efectúa laconexión directa de todas las señales de entrada a un punto de

destino. Este tipo de teclado se denomina "teclado de alterna",

ya que intervienen sólo las señales, que son de co-

rriente alterna, en este tipo de conexionado. El te-

clado de alterna se observa en la figura 9.9 y el mis-

mo posee dos características negativas muy impor-

tantes que no lo hacen muy indicado para instru-

mentos musicales serios. Una es un ruido típico que

se produce al conectar y desconectar las señales y

que se presenta por la presencia de efectos transis-

torios durante la cone xión y desconexión d e los to-nos. El otro es la falta del efecto típico de algunos

instrumentos musicales, que es la prolongación de-

creciente del sonido después de soltar la tecla. El

sostenimiento del tono y su lenta desaparición gra-

dual es un efecto musical importante que debe es-

tar presente en el órgano electrónico. Este efecto se

logra con el teclado de "tensión continua" que vemos en la figura 9.10 y que elimina los

defectos mencionados. El funcionamiento del teclado de continua es el siguiente. La pre-

sencia de C1 permite que la nota aparezca en forma gradual, ya que antes de poder sa-

lir por la llave constituida por los transistores MOS Q1 y Q2, debe cargarse este capaci-

tor. Recién cuando C1 está cargado, permite la polarización de ambos transistores que in-



CAPITULO 9

Fig. 9.7

Fig. 9.8

Fig. 9.9

Fig. 9.10



tervienen en el paso de la señal. Por otra parte, C2 mantiene una carga,

aun después de haberse desconectado de la fuente por la tecla S y esta

carga forma una constante de tiempo que prolonga el funcionamiento

de la etapa d urante un b reve periodo. Este efecto de prolongación o sos-

tenimiento es esp ecialmente importante en la imitación de instrumentos

de percusión, como el piano, cuyo sonido decae lentamente al soltar la

tecla. El uso de circuitos integrados MOS permite la realización de los

circuitos del teclado de continua a bajo costo y espacio reducido, a pe-

sar de su complejidad intrínseca.

Después de generar las frecuencias de cada nota y habilitarlas por

medio del teclado de continua o alterna, es necesario filtrarlas para pro-

ducir las formas de onda que corresponden a cada instrumento o voz

del órgano. Uno de los filtros usados para lograr tonos libres de armó-

nicas, quiere decir sonidos sinusoidales, es el filtro pasabajos de tres pa-

sos que se observa en la figura 9.11. En algunos modelos de órganos

menos sofisticados, se encuentra a veces filtros de una sola etapa que

produce un efecto menos pronunciado, pero aceptable para aplicacio-nes menos exigentes.

En la figura 9.12 vemos un filtro L-C que resuena en una parte de la

band a, denominada frecuencia formadora y produ ce el efecto qu e se re-

laciona generalmente con los instrumentos de lengüeta. Esta frecuencia

formadora depende en su valor, de la forma, el tamaño y otros aspec-

tos constructivos del instrumento, motivo por el cual varía este paráme-

tro para diferentes instrumentos (trompeta, oboe, etc.). En la figura 9.13

vemos la respuesta típica de los filtros formadores.

El tercer filtro muy usado es el que se usa

para imitar instrumentos de cuerda y lo vemo s

en la figura 9.14. También aquí existen varian-tes en los valores del filtro de acuerdo al ins-

trumento (violín, viola, chelo, etc.). En princi-

pio, todos los instrumentos de cuerda poseen

una distribución de armónicas muy pareja,

con menos influencia de la fundamental que

en las flautas y también sin la presencia de las

frecuencias formadoras de los instrumentos de

lengüeta. Para la generación electrónica de es-

te sonido se usa un capacitor en serie para re-

ducir la fund amental y un capacitor en deriva-

ción para reducir las armónicas más altas deldiente de sierra de origen.

Existe en todo órgano electrónico, aun en

los de costo muy bajo, una cantidad grande d e los tres tipos de filtros mencionados y ca-

da uno tiene una llave para activar o desactivar los filtros. Estas llaves son accesibles des-

de el panel de control que está marcado con el respectivo nombre del instrumento que

representa.

Las señales que salen de los filtros son mezcladas y se envían al amplificador y a los

parlantes del órgano. Este amplificador puede tener un solo canal en los instrumentos

sencillos, pero hasta cuatro o m ás canales en los equ ipos más elaborados. En este aspec-

to se aplican todos los términos que vimos en los capítulos anteriores y también están in-

dicados en la figura 9.1 en lo referente a woofer, squawker y tweeter.



Fig. 9.11

Fig. 9.12

Fig. 9.14

Fig. 9.13



Además de las funciones y

etapas mencionadas. pueden

existir en modelos selectos,

otras prestaciones, como re-

verberación, pedal de expre-

sión (control de volumen),

unidades de ritmo, grabadores

de cinta de audio, posiciones

de demostración que permiten

reproducir melodías prepara-

das de fábrica y varios ritmos

de acompañamiento.

En la figura 9.15 vemos el as-

pecto de un modelo de órga-

no electrónico comerical moderno, el modelo E-12 de Roland de origen japonés, pero

obtenible en nuestro me rcado. A continuación reproducimos algunas de sus especifica-

ciones.Marca y modelo: Roland, modelo E-12.

Teclado: 61 teclas de velocidad fija.

Cantidad de tonos: 223 + 8 juegos de tambores + 1 juego de efectos especiales (ex-

plosión, helicóptero, puertas y otros).

Polifonía máxima: 24 teclas

Partes multitimbrales: 8

Estilos de música: 64

Efectos digitales: reverberación y efecto coral.

Melodías de demostración: 8

Conectores: auriculares, salidas (L, R, mono), salida MIDI, entrada cc.

Amplificadores: 2 de 3 watts + 3 watts.Parlantes: 2 x 5 pulgadas (12 cm).

Fuente de alimentación: 12 volt, 500mA

En estas especificaciones se menciona una salida MIDI que debemos

estudiar más a fondo debido a la importancia que posee este modo

en la actualidad en la era de la computación.

MIDI es el acróstico de Musical Instrumental Digital Interfase = inter-

faz digital para instrumentos musicales electrónicos. Se trata de un

protocolo normalizado que permite la interconexión de instrumentos

musicales electrónicos con equipos digitales, teclados, computadoras,

etc. La conexión MIDI se suele efectuar con una interfaz especial, si-

milar a la que vemos en la figura 9.16. Esta interfaz normalizada co-loca todas las señales producidas sobre una línea del canal MIDI, per-

mite que cada uno de los componentes conectados a esta línea, elija

el que le corresponda. Es un proceso similar al que se usa en un re-

ceptor de radio o TV por el cual se encuentran en la antena todas las

señales a su alcance, pero el receptor sólo elige aquélla a la cual es-

tá sintonizada, con una señal por vez. También se puede usar el MI-

DI para activar instrumentos musicales electrónicos multitimbrales y

polifónicos, que permiten producir con un solo toque del teclado,

transmitido vía MIDI, sonidos diferentes, cada uno de los cuales co-

rresponde a un canal diferente. Un teclado multitimbral permite la ge-

neración de sonidos de cuerdas, piano, bajo y tambor, en forma si-



CAPITULO 9

Fig. 9.17

Fig. 9.15

Fig. 9.16



multánea. En la figura 9.17 vemos el esque ma de un secuenciador controlado po r PC

a través del MIDI. Se observa el teclado que entrega su señal Audio Out en forma

convencional a un amplificador estereofónico y sus parlantes.

Sin embargo, en forma adicional a esta conexión convencional se observa la co-

nexión entre la PC con sus conexiones de MIDI IN y MIDI OUT que se conectan a

su similares del teclado. La línea MIDI THRU envía estas señales a un módulo MIDI

que los transforma en señales de audio al compás de los mandos de la PC y, de es-

ta manera, llegan al teclado.

,9../La señal de audio, generada o sintetizada de esta manera

es aplicada juntamente con la señal convencional al amplificador

estéreo y reproducida juntamente en los parlantes. El módulo MI-

DI es, en sus funciones, como se sabe, similar a un órgano elec-

trónico, pero con la diferencia que sus mandos no provienen de

teclas físicas, sino de una línea MIDI.

El MIDI permite también la creación de efectos especiales, ta-

les como ecos o reverberaciones con una duración de retardo va-

riable, o el coro, que agrega plenitud al sonido. Ambos efectosacompañan el sonido original.

En la figura 9.18 vemos el aspecto de un tablero de conexio-

nes, con sus tres conectores típicos de

MIDI IN, MIDI OUT y MIDI THRU. A su

vez, vemos en la figura 9.19 el aspecto

de una tarjeta de MIDI para PC, que es

el complemento indispensable para es-

ta función digital.

En los órganos eléctronicos se en-

cuentran también otras funciones que

contribuyen a una mayor cantidad deprestaciones, a través de variaciones de

instrumentos, ritmos y tiempos, prove-

nientes de un generador de ritmo. El

generador de ritmo se basa general-

mente en circuitos integrados clásicos

en este terreno son los tipos M252 y

M253 de SGS-ATES, si bien otros inte-

grados son producidos por otros pro-

veedores del ramo, por ejemplo, el

MM5871 de National Semiconductor, el

AY-5-1315 de General Instrument, elS9980 de A.M.I. y varios otros.

La base del S8890 como generador

de ritmo es un ROM y un contador que

contiene también un oscilador interno,

un contador de 6 bits, el ROM que ex-

cita a 9 instrumentos rítmicos y también

un LED como elemento indicador. Se

puede usar para 10 patrones de ritmo

con nueve instrumentos. En la figura

9.20 vemos un diagrma funcional del

S8890 y en la figura 9,21 vemos el as-



Fig. 9.18

Fig. 9.20

Fig. 9.19



pecto de este integrado d e 40 patitas que se fabrica con el p roceso de la implantación d e

iones. Este proceso fue perfeccionado alrededor de 1974 y permite la fabricación de in-

tegrados del tipo PMOS que se puede aplicar tanto a los del tipo de deplexión como a

los de enhancement en el mismo dispositivo. Esta técnica brinda una mejor performan-

ce y reduce notablemente el costo y mejora la confiabilidad de la producción. Se aplica

también a los integrados MOS con canal N.

En u n gen erador de ritmos debe n con jugar tres parámetros: la cantidad de instrumen-

tos que se controlan, la cantidad de ritmos que

se pueden producir y los tiempos de cada rit-

mo. El generador de ritmos permite establecer

las pautas para estas tres funciones, pe ro po r sí

sólo no produce sonidos, sólo controla los ge-

neradores de los sonidos en el órgano o sinte-

tizador de música al cual está conectado. En al-

gunos casos es por indicación numérica, en

otros por la indicación lumínica del ritmo se-

leccionado.Los generadores de ritmos existen también una

salida para un indicador de ritmos, que gene-

ralmente consiste en uno o más leds, que per-

miten visualizar el accionamiento del genera-

dor. En algunos casos es po r indicación nu mé-

rica, en otros por la indicación lumínica del rit-

mo seleccionado.

Los generadores de ritmos son programables.

En algunos tipos se efectúa esta programación

durante el proceso de fabricación d el chip y en

este caso se denomina "programación pormáscara". En otros, el usuario puede progra-

mar su integrado por medio de conexiones es-

pecíficas. En la figura 9.22 vemos un circuito

del integrado M252 con la indicación de dos

variantes programadas por máscara con la in-

dicación de M252-AA y M522-AD. Pero además

de esta programación de fábrica, el usuario

pue de introducir sus prop ias variantes y modi-

ficaciones. En la figura 9.23 vemos un circuito



CAPITULO 9

Fig. 9.21

Fig. 9.23

Fig. 9.22

Fig. 9.24



para incrementar la cantidad de rit-

mos, en la figura 9.24 se observa

otro para el aumento de la cantidad

de instrumentos y en la figura 9.25

vemos el circuito para el aumento

de los tiempos elementales. Existen

tablas que indican las conexiones

que deben efectuarse para lograr las

características de los ritmos a produ-

cir. Cada fabricante de órganos intro-

duce, entonces, sus propias secuen-

cias y características de los ritmos de

acuerdo a sus criterios de diseño.

Como la cantidad de posibilidades

es muy amplia, sólo indicamos los

pasos a seguir en forma muy gene-

ral.En todo instrumento musical de

las características del órgano electró-

nico es necesario, sin embargo to-

mar en cuenta no sólo los aspectos

técnicos, sino más que nada las exi-

gencias musicales. Para tener una idea de la magnitud de este campo queremos recordar

la composición d e un a orquesta sinfónica, una orquesta grande, que en algunos casos de-

be ser emulada por el órgano electrónico, desde luego también de tamaño grande. Se

usan instrumentos de cuerda, de viento y d e p ercusión, a saber: un p iano, 18 violines pri-

meros, 17 violines segundos, 12 violas, 11 violonchelos, cuatro contrabajos, un arpa y una

celesta. Los instrumentos de viento son: cuatro flautas, cuatro oboes, cuatro clarinetes,dos fagotes, cuatro trombones, cuatro trompetas, un flautín, cinco cornos y una tuba. Los

instrumentos que marcan el ritmo y acompañamiento, son los timbales, el tambor, los pla-

tillos y el triángulo.

Para la música clásica importante, son éstos los requisitos, pero para la reproducción

y el acompañamiento musical, pueden ser suficientes los sonidos de uno o dos instru-

mentos y, por lo tanto, el órgano electrónico usado en estos casos puede ser de imple-

mentación más modesta.

9.3. Otros instrume ntos musicales electrónicosMuchos aficionados a la buena música no desean la gran cantidad de instrumentos

que el órgano electrónico moderno es capaz de producir. En cambio desean tener un so-lo instrumento, como por ejemplo el piano, con todas las prestaciones correspondientes,

pero sin tener que disponer del espacio ni los gastos pertinentes.

Una solución sería en este caso un piano electrónico, que puede construirse en un

espacio mucho menor, aunque también existen pianos electrónicos de un tamaño igual

al pinao acústico, pero con algunas prestaciones adicionales que facilitan el aprendizaje

y la ejecución de piezas musicales. en la figura 9.26 vemos el esquema en bloques del

circuito de un piano electrónico. SE observa que el planteo original es muy parecido al

de un órgano electrónico, pero con el agregado de etapas específicas que son necesarios

para lograr la pe rformance de un p iano acústico. En este sentido deb emos tomar en cuen-

ta especialmente dos factores: uno es el teclado con efecto de prolongación sostenida y

el otro es la configuración de la voz con sus formas de onda características. Ambos te-



Fig. 9.25



mas fueron ya tratados, pe-

ro conviene analizar cómo

se solucionan en un circui-

to práctico de piano elec-

trónico. El teclado es, des-

de luego, del tipo de conti-

nua y en la figura 9.27 ve-

mos el circuito de cada te-

cla del piano. Los capacito-

res C1 y C2, externos al cir-

cuito integrado principal,

completan este circuito con

los fines previstos. El fun-

cionamiento, en detalle es

el siguiente. En la posición

de reposo de cada tecla,

con ella levantada, el capa-citor C1 se carga con la ten-

sión Vdd de -12 volt. Al

apretar la tecla, primero se

desconecta C1 de la fuente

y después comienza a des-

cargarse a través del resistor de 39K dentro del integrado AY-1-1320. Esta descarga se

efectúa con una constante de tiempo de unos 18 milisegundos. Al final del recorrido de

la tecla, la tensión final de C1 es transferida a la compuerta del transistor MOS, T3 a tra-

vés de T2. Esto produce una carga de C2 con la tensión de Vc1 = 4 Volt. Cuanto más rá-

pida sea la depresión de la tecla, mayor será la tensión inicial en C2 y más fuerte sonará

la nota correspondiente.La tensión sobre C2 es de continua, pero es interrumpida al ritmo de los circuitos del

divisor de frecuencia AY-1-

5060, lo que resulta en una

onda cuadrada.

El capacitor C2 se descarga

lentamente a través del re-

sistor R1 para obtener así

una caída exponencial en

la amplitud de la nota.

Cuando la tecla es soltada,

el resistor de 50K se conec-ta sobre C2 para amortiguar

las notas con u na constante

de tiempo de 110 milise-

gundos. La constante de

tiempo sin amortiguación

está determinada por los

valores de C2 x R1. Este úl-

timo resistor puede variar

entre 68K y 1 Megohm. Se

observa que el contenido

armónico y las característi-



CAPITULO 9

Fig. 9.26

Fig. 9.27



cas de amortiguación están destinados a imitar de la mejor forma posible, el sonido del

piano acústico. Además del piano electrónico existen también otros instrumentos musica-

les electrónicos que, muchas veces, son usados también en conjunto con el MIDI para

formar conjuntos electrónicos completos. Muchas veces estos conjuntos son usados por

compositores quienes a través de la PC efectúan sus arreglos musicales y composiciones

originales. La PC posee en estos casos un programa especial que permite escribir la mú-

sica en la forma habitual en el pentagrama. El proceso facilita enormemente esta tarea, a

veces tediosa y con posibilidad de errores. Un instrumento musical electrónico de amplia

difusión es también la guitarra eléctrica, que se transforma en electrónica mediante diver-

sos elementos auxiliares que, en principio, la cone ctan a un procesad or MIDI. El mod e-

lo de CyberBass de Peavy, posee detectores en los trastos de la guitarra que determinan

la tonalidad en la cual se ejecuta el instrumento. Si bien este tema es muy complejo, exis-

ten ya varias propuestas que permiten que el guitarrista, a través del MIDI, pueda ejecu-

tar su melodía, acompañado por los acordes de otro instrumento o de un órgano electró-

nico. El piano electrónico es muy apto para esta finalidad, ya que tambén posee cone-

xión de MIDI y esto permite sus participación en esta propuesta.

En el rubro de guitarras como MIDI participan también otras marcas con diversos mo-delos que se diferencian, a veces, por los sensores que usan. Hay modelos con sensores

magnéticos que son aptos sólo para instrumentos con cuerdas de acero, como el Roland

GK-2A y también hay modelos con sensores ultrasónicos, como el Yamaha G-10, que es

apto para todo tipo de guitarra. Algunos fabricantes produjeron controladores de MIDI

que no poseen ninguna cuerda, pero se usan para producir su sonido. Ejemplos de esta

tendencia son los modeos Suzuki Unisynth y Starr Switch Ztar, por ejemplo.

Todos estos modelos tienen sus ventajas y limitaciones y, en definitiva, el uso de ellos

es más un problema artístico que técnico.





AJUSTES, MEDICIONES Y

REPARACIONES EN AUDIO

10.1. Los alcances del servicio técnico en audioTal vez más que en otras ramas de la electrónica de consumo, existen en el servicio

técnico de audio requisitos especiales que debemos tomar en cuenta para lograr los me-

jores resultado s técnico s y de relacion es púb licas. Record amos siempre qu e el bu en téc-

nico de service es aquél que deja el equipo en perfectas condiciones de funcionamiento

y conforme al cliente. Una condición sin la otra no es suficiente.

En el servicio técnico de audio contribuye también la naturaleza de las señales de au-

dio y la impresión subjetiva que p uede n causar en técnico y usuario y en qu é med ida es-

tas impresiones están en concordancia con las espe cificaciones técnicas de los equipos a

controlar. No es posible exigir a un equipo de calidad media, un rendimiento de Hi-Fi o

High End, pero sí es imprescindible que los equipos que corresponden a estas últimas

categorías cumplan satisfactoriamente con todos los requisitos de la propia.Un párrafo aparte merece también lo que podemos llamar la "impresión subjetiva".

Hay muchas personas que están dotadas de un oído privilegiado que les permite apre-

ciar la música con valores absolutos y reales. En nuestra experiencia es necesario tomar

en cuenta la escala de valores que estas personas pueden comunicarnos, sobre todo si el

técnico n o p osee u n e ntrenamiento musical comparable con el del usuario. Además, mu-

chas veces, el usuario escucha su equipo constantemente y se supone que por eso de-

biera poder evaluarlo mejor que nadie, sobre todo si se presentan cambios en la perfor-

mance, que tal vez haya sido buena hasta cierto momento y empezó con algún proble-

ma hace relativamente poco tiempo. En este sentido el técnico lleva una cierta desventa-

ja con respecto al clien te, ya qu e escucha gene ralmen te muchos eq uip os y no sólo el de l

usuario y generalmente debe evaluar el funcionamiento eficaz de muchos equipos de to-da índole. Es precisamente en estos casos cuando hay que tener presente y, si es posi-

ble, a la vista las especificaciones técnicas del equipo a analizar. En estos caso es también

muy necesario efectuar mediciones y comprobaciones objetivas para alejarnos de meras

impresiones subjetivas, si bien éstos también tienen su valor. Debemos tratar de alejarnos

en caso de duda, de las evaluaciones subjetivas y reemplazarlas por mediciones cualita-

tivas y cuantitativas.

Es en estos casos, entonces, cuando debemos efectuar las mediciones corespondien-

tes, con los métodos aconsejados y con el instrumental adecuado. Si el equipo de audio

funciona, con viene comprob ar los siguientes parámetros, como mínimo: 1) la potencia de

salida, 2) el rango dinámico de frecuencias y 3) la distorsión armónica total.

Los tres parámetros deben ajustarse a las especificaciones del equipos que, por su-puesto, deben estar en conocimiento del técnico. Recuerde que estos datos se encuen-

tran muchas veces en el Manual del Usuario y, a veces, también en una de las chapas de

identificación del equipo.

Desde ya queremos hacer hincapié en el hecho de que estos tres valores no son los

únicos que pueden necesitar una comprobación, pero son el comienzo del ovillo del cual

debemos hacer uso.

10.2. La medición de la potencia de salidaComenzamos con esta medición, porque nos da la oportunidad de establecer la ne-

cesidad obligatoria que no se conecte o pruebe ningún equipo de audio sin su corres-

pondiente carga, ya sea sus parlantes que están conectados habitualmente con el mismo

AJUSTES, MEDICIONES Y REPARACIONES EN AUDIO


CAPITULO

10

CAPITULO 10



o un resistor no-inductivo del valor resistivo nominal del equipo

y con u na d isipación adecuada a la po tencia de salida e specifica-

da. En todos los casos es necesario también dimensionar los ca-

bles de conexión de acuerdo a la máxima corriente de audio que

puede circular en el circuito de los altoparlantes.

De acuerdo a las normas habitualmente usadas nos guiamos

para la evaluación de la potencia de salida de un amplificador d e

audio por el valor sinusoidal que se define por la siguiente ex-

presión:

Potencia de salida Po = Erms2/R

donde Erms es el valor de la tensión sinusoidal, medido so-

bre los extremos de la resistencia de carga nominal, R. El valor

efectivo d e u na tensión alterna es e l valor de cresta dividido p or

1,41, quiere decir Erms = Em/1,41. Si medimos la tensión de sa-

lida con un voltímetro de audio, su valor será en Erms, pero si

lo medimos en el osciloscopio calibrado, o btendremo s la tensión

de cresta Em y debemos efectuar la sencilla operación indicada.El instrumental necesario para esta medición es entonces un

generador de audio calibrado y un osciloscopio. Si deseamos

medir la tensión con el voltímetro d e au dio, también n ecesitare-

mos este instrumento. Eventualmente, se necesita también el re-

sistor de carga que debe ser no-inductivo con un valor resistivo

de 2, 4 u 8 ohms, según las especificaciones del amplificador y

con una potencia de disipación de acuerdo al tipo de amplificador normalmente, para

evitar introducir factores ajenos al equipo. En las figuras 10.1, 10.2 y 10.3 vemos este ins-

trumental.

10.3. La respuesta de frecuenciaLa respuesta de frecuencia de un e quipo de au dio es importante y junto con los otros

dos datos indicados permiten la asignación de categoría de Hi-Fi o High End del mismo.

Este dato adquiere entonces importancia bajo el punto de vista técnico, musical y comer-

cial.

Para efectuar esta medición se necesita el siguiente instrumental: un generador de au-

dio, un osciloscopio y un voltímetro para audio, similares a los que vimos en las figuras

10.1, 10.2 y 10.3. El conexionado básico de este instrumental y del equipo bajo prueba

es el que surge de la figura 10.4. El valor de R1 debe ajustarse de tal manera que refleje

el valor real, resistivo y no inductivo de la impedancia de carga en su valor óhmico. La

respuesta se verificará como gráfico, motivo por el cual también debe prepararse, al efec-

tuar esta medición, una hoja de papel con escala logarítmica en la abscisa y otra linealen la ordenada. La medición se efectúa en la zona de amplitud que previamente había-

mos comprobado como libre de recortes y distorsiones, quiere decir: con una amplitud

inferior a la que se usó para la medición de la potencia. En esta situación se va inyectan-

do al equipo bajo prueba la señal de audio en pasos de frecuencia, controlando en cada

paso la amplitud de la señal de entrada al equipo que debe mantenerse constante para

todas las frrecuencias de 20 a 20.000Hz.

A continuación se mide la tensión de salida del amplificador con otro instrumento que

puede ser el osciloscopio calibrado o el voltímetro de audio. Recuerde que en la panta-

lla del osciloscopio se leerán los valores de cresta, mientras que en el voltímetro se sue-

len medir valores de tensión eficaz (RMS = Root Mean Square = valor eficaz). Todas las

mediciones deben efectuarse en la misma escala, ya sea en valores de cresta o valores



Fig. 10.1

Fig. 10.2

Fig. 10.3



RMS, pero no debemos cambiar esta escala en el transcurso de la

medición. Mientras se cumple con este requisito, no tiene impor-

tancia cuál sea la escala elegida. El voltímetro que vemos en la fi-

gura 10.3 posee d os instrumen tos de aguja, indep endientes , y ca-

da uno con sus correspondientes terminales de entrada, lo que

permite la lectura simultánea de la tensión de entrada que debe

mantenerse constante y la de salida que indicará los valores que

debemos registrar en el gráfico.

Para obtener cada valor del gráfico, se inyecta una frecuencia con

un valor de amplitud constante pre-establecida y se toma la lec-

tura del valor de la tensión de salida que se asienta en el gráfico.

Se observa que, como en la figura 10.5, en la curva de respuesta

obtenida se distinguen normalmente tres zonas: una zona lineal

en la parte central y dos zonas no-lineales al comienzo y al final

de la curva. Este aspecto es normal para toda clase de eq uipo, pe -

ro la diferencia entre equipos convencionales y otros de Hi-Fi y

High End, reside en la extensión de cada zona. Teóricamente, enun equipo de Hi-Fi o mejor, la zona plana se debe extender des-

de casi 20Hz hasta casi 20.000Hz. En equipos de menor calidad

tal vez sólo será plana entre 80 y 8.000Hz. Cuando hablamos de

curvas planas, nos referimos a que no existan variaciones mayo-

res, ni menores, de ±2dB.

Los valores de la señal de entrada deben seguir las indicaciones

de las especificaciones del equipo que se mide. Estas especifica-

ciones pueden expresar, por ejemplo, 117mV para 0dBW o 1,65V para el valor máximo

de la potencia especificada. Estos datos son los que corresponden al amplificador de po-

tencia de audio que habíamos tratado en el Capítulo 6.3, pero, desde luego, en cada ca-

so deben tomarse los valores que correspondan al equipo que queremos medir.Otra observación la merecen todos los controles de tono, graves, agudos o ecualiza-

dores, que deben ajustarse antes de la medición, en un punto determinado, con prefe-

rencia la posición central de cada control; pero después no deben variarse estos contro-

les durante la medición. Si se desea, se pueden repetir las mediciones y trazar otras cur-

vas, con los controles en posiciones diferentes, pero cada curva debe trazarse con una

posición fija de estos controles. Además, si no se usa una posición neutra de los contro-

les de tono, que afecten la respuesta, deben anotarse las dife-

rencias en el ajuste en la curva trazada. En todos los casos se

supone que en amplificadores estereofónicos, el control de ba-

lance se encuentre en el centro de su recorrido, con una salida

equilibrada en ambos canales. En equipos de audio con mayorcantidad de canales, debemos efectuar la medición de cada ca-

nal por separado.

Como habíamos visto, existen en la curva de respuesta zonas d e

no-linealidad que se presentan en los extremos del área de edi-

ción. Para poder detectar correctamente estas zonas es necesa-

rio e fectuar los pasos de frecuencia de la medición con la de bi-

da cautela. En el área que supuestamente haya pocos cambios

en la curva de respuesta, los pasos de frecuencia pueden llegar

a 100 ciclos entre un punto de medición y el siguiente, pero en

las zonas de no-linealidad, conviene efectuar las mediciones ca-

da 10Hz. Estas zonas de de caimiento se deno minan muchas ve-



CAPITULO

10

Fig. 10.6

Fig. 10.4

Fig. 10.5



ces con su expresión en inglés ROLL-OFF. Insistimos en la necesidad de monitorear la sa-

lida del generador de audio en todo momento, para estar seguro de que el mismo tenga

su valor normal en todas las frecuencias. Un generador de audio, como el de la figura

10.1, es muy útil porque permite leer el valor de la frecuencia generada, en el mismo ins-

trumento que lo produce, por medio de un display numérico. Este modelo es el 72-910

de Tenma. A la vez el voltímetro de audio de la figura 10.3 con doble movimiento de

aguja, que es el modelo 70-505 de Tenma, permite leer simultáneamente las tensiones deentrada y salida en todas sus escalas, que abarcan entre 1mV hasta 300 volt, en doce es-

calas. Por otra parte, el osciloscopio de la figura 10.2 es el modelo V-1055a de Hitachi y

posee dos canales que permiten también una lectura de dos señales aplicadas. El conta-

dor de frecuencia incorporado en este modelo es sumamente útil en toda clase de medi-

ciones. Estos instrumentos se indican sólo como guía y el técnico podrá usar todo otro

instrumento que cumpla con los requisitos necesarios que fueron indicados.

10. 4. La medición de la Distorsión Armónica Total (THD)La presencia de armónicas es una parte importante de la música, como vimos en el

Capítulo 9, pero las armónicas producidas fuera del contexto musical pueden afectar la

fidelidad de un equipo de audio en forma muy severa. En la figura 10.6 vemos las dis-torsiones de una onda sinusoidal producidas por la presencia de armónicas de segundo

y tercer orden.

Para la medición de la THD existen diferentes métodos, entre ellos el que ilustramos

en la figura 10.7. Se utiliza en este método un filtro que suprime la señal fundamental y

se procede de la siguiente manera. Inyectamos la señal sinusoidal de un generador de

audio, por ejemplo el de la figura 10.1, al equipo bajo prueba y conectamos la señal de

salida al filtro. Este filtro elimina la señal fundamental y esta señal filtrada, que ya no con-

tiene fundamental, al osciloscopio o instrumento de medición. Este instrumento puede

ser un voltímetro d e au dio como el de la figura 10.3 o se pu ede usar también un oscilos-

copio, como el de la figura 10.2. La llave inversora permite medir la señal filtrada y com-

pararla con la señal no filtrada. Se obtienen así dos valores, uno es la amplitud de la se-ñal armónica que queda cuando se miden sólo estas armónicas con la fundamental su-

primida. Si medimos 100mV con fundamental y 3mV sin fundamental, la distorsión es del

3%. También podemos evaluar con un frecuencímetro las frecuencias de las armónicas

presentes. Si la señal aplicada a la entrada es de 1.000Hz y a la salida podemos consta-

tar la presencia de señales de 3.000Hz, el contenido armónico es de tercer orden (terce-

ra armónica). El frecuencímetro del oscilador de audio y otro frecuencímetro separado,

permitirá efectuar esta medición.

Se suele efectuar este tipo de medición en amplificadores y preamplificadores de au-

dio, usando en pasos sucesivos diferentes frecuencias. Una vez recorrida tod a la gama d e

frecuencias de audio, se establecen valores mínimos, máximos y medios, que indican la

distorsión armónica total, cifra muy importante en la evaluación de un equipo de audio.



Fig. 10.7



Existen algunos instrumentos de medición, como el de la figura 10.8,

que permiten medir la distorsión armónica total entre 20 y 20.000Hz,

permitiendo al mismo tiempo tomar la lectura de la distorsión y del ni-

vel de la señal con la cual se produce. El instrumento ilustrado es el

modelo 72-900 de Tenma y posee un rango de edición de 0.1 al 100%

en siete rangos que se ajustan en forma totalmente automática. Su en-

trada se puede variar entre 100mV y 300 volt. La salida permite medir

12 rangos de 1mV hasta 300 volt. La impedancia de entrada es de 100

kilohm ±100%. El ruido residual es menor a 10µvolt y la impedancia de

salida es de 600 ohms. Este tipo de instrumento es muy adecuado pa-

ra laboratorios de desarrollo de equipos de audio, para poder determi-

nar los valores respectivos con gran rapidez y exactitud. La medición

individual puede ser a veces una tarea tediosa que requiere concentra-

ción.

Con las tres mediciones n o se agotan los parámetros a comp robar,

pero ellas son las más importantes desde el punto de vista técni-

co y comercial. En otras mediciones pueden comprobarse los si-guientes parámetros: modulación cruzada e intermodulación, ga-

nancia de tensión, impedancia de entrada, sensibilidad de entra-

da, impedancia de salida y ancho de banda de potencia. Si bien

todas estas comprob aciones son importantes, no revisten el carác-

ter de imprescindible que tienen las tres mediciones indicadas. Vea

las otras mediciones en el Apéndice.

10.5. Las "señales" de "ruido"Cuando se menciona en esta obra la palabra "ruido", es siempre en contraposición

con el término "señal". La expresión más destacada de este criterio es la "relación señal-

ruido" (S/N) que se usó con todo valor y peso que tiene y que seguiremos usando de lamisma manera. Existen, sin embargo, dos "señales" de "ruido" que prestan gran utilidad

en muchos ajustes en el dominio del audio que se está tratando en este libro. Se trata,

desde luego, de señales sintéticas que no se ajustan a la característica intrínseca del rui-

do en general, su carácter aleatorio, sino que se trata de señales muy bien controladas y

definidas. Nos referimos al "ruido rosa" (pink noise) y al "ruido blanco" (white noise). El

"ruido rosa" es un tipo de ruido que posee un monto constante de energía en cada octa-

va musical. Esto significa que se desarrolla de manera uniforme en todo el espectro de

frecuencias. Por otra parte, el "ruido blanco" se caracteriza por un incremento de ampli-

tud de +3dB por octava de cambio de frecuencia y posee igual energía por an cho de ban-

da constante. Observe la diferencia que significa "igual energía por octava" versus "igual

energía por ancho de banda constante".Ambos tipos de ruido son útiles para ajustes de diferentes parámetros de audio, pero

antes de entrar en el terreno de su aplicación podemos analizar brevemente la relación

que existe entre ambos tipos de "ruidos útiles".

Para la gene ración de señales confiables de ruido, es necesario tener fuentes muy se-

guras y estables. Una de los más frecuentes generadores d e ruido b lanco y rosa es el rui-

do producido en junturas de semiconductores. Un diodo Zener con su polarización apli-

cada es una excelente fuente de ruidos.

En el Capítulo 6.3 habíamos indicado que al usar diodos Zener en un circuito ampli-

ficador, había que colocar en paralelo con el diodo Zener un capacitor electrolítico para

eliminar este ruido, debido a que en la aplicación indicada constituía una interferencia in-

deseada. En cambio, en un generador de ruido es factible usar esta señal para obtener



CAPITULO

10

Fig. 10.8

Fig. 10.9



un sencillo equipo que cumple con los requisitos necesarios.

Este método no es, sin embargo, el único y muchos genera-

dores de ruido profesionales usan otros med ios, como el que ve-

mos en la figura 10.9. Se trata del circuito integrado MM5837 de

National Semiconductor que funciona como generador de ruido.

Este integrado fue desarrolado originalmente para aplicaciones

en órganos electrónicos y se caracteriza por su banda ancha de

ruido blanco, que es más uniforme en su señal de salida que las

junturas de sem icon du ctores. El inconve niente consiste en qu e el

ruido necesario para muchas comprob aciones en audio, es el rui-

do rosa con su nivel uniforme en toda la gama musical. Estas

aplicaciones incluyen la comp robación de la polaridad de parlan-

tes, la ecualización de ambientes y salas de música y otras simi-

lares.

Para poder transformar el ruido blanco del generador en el

ruido rosa que se necesita, es necesario agregar unos filtros que

eliminen la pen diente prop ia del ruido blanco y lo conviertan enruido rosa uniforme. En la figura 10.10 podemos observar estos

filtros que eliminan la pendiente propia del ruido blanco y lo

convierten en ruido rosa uniforme. En la figura 10.10 podemos

observar estos filtros que se conectan en cascada para lograr el

efecto deseado.

Un filtro RC posee una pen diente de -6dB por octava, pero el

circuito de cascada modifica esta pendiente en -3dB por octava

con una tolerancia de ±0,25dB. Esta tolerancia es suficiente para

lograr las mediciones mencionadas. En la figura 10.11 vemos el esquema en bloques de

un ecualizador de ambientes que incorpora el generador d e ruido rosa de la figura 10.10.

Para determinar las características acústicas del ambiente se usa el generador de rui-do rosa y se elimina p or med io de los ecualizadores de izquierda y de recha todas las oc-

tavas menos una. El ruido de esta octava es emitido por los parlantes y captado por el

micrófono d e la figura 10.11. Este micrófono deb e tener u na respu esta plana pe ro no ne-

cesita estar calibrado. El ruido captado por el micrófono es leído en el VU-Metro y regis-

trado. Se repite el proceso para las diez octavas del rango auditivo y se grafican los va-

lores obtenidos. Si hubiera una irregularidad en esta curva, habrá que buscar en la octa-

va respectiva la causa para eliminarla. A veces sólo hacen falta algunos elementos de

amortiguación (cortinas, etc.) para ecualizar un ambiente. Conviene recordar lo expues-

to en la figura 7.42 sobre dimensiones críticas de un auditorio y, en general, tomar en

cuenta la relación recomendada de altura x ancho x largo como 1 x 1,27 x 1,62. Un ejem-

plo típico sería 4 x 5 x 6,50 metros.Más adelante veremos otra forma para obtener una fuente de ruido rosa y también

ampliaremos el tema de las comprobaciones en las cuales es usado.

10.6. El laboratorio para el service de audioEl instrumental que se mencionó en la parte anterior de este Capítulo, a saber: gene-

rador de audio, voltímetro de audio, frecuencímetro, osciloscopio, medidor de distorsión

y generador de ruido rosa, es el requisito más significativo para el service de audio, pe-

ro desde luego no debe faltar en ningún taller o laboratorio el multímetro o téster, tan

necesario en todas las aplicaciones electrónicas.

En la figura 10.12 vemos el aspecto de un multímetro moderno, el modelo 76 de Flu-

ke. Este multímetro digital permite la medición de tensiones continuas y alternas, lee va-



Fig. 10.10

Fig. 10.11

Fig. 10.12



lores reales d e ten siones a lternas eficaces (RMS) en tre 400 milivolt y 600 volt, con u n ran -

go de frecuencias de 1Hz hasta más de 20kHz, posee un medidor de frecuencias incor-

porado con el mismo rango, mide corrientes continuas y alternas en un rango total de

40mA a 10 ampere, en varios rangos seleccionados, mide resistencias desde 40 ohms, con

exactitud de lectura de 0,01 ohm, valores capacitivos de 99,99nF hasta 9.999nF y muchas

otras características útiles para el service electrónico y con protección contra sobrecargas.

La lectura de los valores es analógica y digital en forma simultánea, la primera en una es-

cala calibrada de barras y la segunda por lectura numérica.

Un accesorio que no debe faltar en ningún taller o laboratorio de electrónica, donde

se trabaja con dispositivos de estado sólido, es el protector contra descargas estáticas. En

la figura 10.18 vemos el aspecto de una carpeta antiestática y una pulsera para el mismo

fin. Las carpetas vienen en varios tamaños, por ejemplo: de 1 metro por 1,50 para el pi-

so y de 45 x 66 cm para la mesa de trabajo. La pulsera se usa para evitar

diferencias de potencial entre la carpeta y el cuerpo del operador.

Otro aspecto que debemos tomar en cuenta es el tema de la soldadura, si

bien el mismo es ampliamente conocido por el técnico de service de elec-

trónica. Sólo queremos mencionar la importancia que reviste con los equi-pos modernos la soldadura y la desoldadura de componentes, especial-

mente de circuitos integrados con gran cantidad de patitas y soldados con

el método de SMD (Surface Mounted Device), similar al que vemos en la

figura 10.14. Estos componentes se sueldan en el chasis por reflujo. El pro-

ceso del reflujo consiste en depositar antes del montaje, en las patitas del

integrado y en los contactos de la base una pequeña porción de estaño por

medio de un soplete de aire caliente.

Después de montar el integrado en el chasis se somete el conjunto nueva-

mente a un chorro suave de aire caliente que hace fluir el estaño en am-

bas partes, el chasis y el integrado, y así quedan soldados.

En líneas de montaje de fábricas existen dispositivos especiales que ayu-dan a realizar este proceso, pero en el service será necesario que el técni-

co p repare sus p ropios dispositivos sencillos, para pod er realizar esta ope-

ración.

La soldadura en estas condiciones difícilmente pueda realizarse con un

simple soldador y mucha h abilidad, sino q ue d eben tomarse las precaucio-

nes y tener los elementos necesarios para poder realizar un trabajo profe-

sional. Uno de los elementos recomendados en estos caso es una estación

de soldadura, similar a la que se observa en la figura 10.15. Esta estación

de soldadura está conectada a un equipo auxiliar que regula la temperatu-

ra del soldador d e acue rdo a un control termo-eléctrico muy preciso. En e l

esquema que acompaña esta figura, vemos que se usa una tarjeta que de-be insertarse para marcar el valor correcto de la temperatura del soldador.

Este, a su vez, tiene junto al elemento calefactor un sensor de temperatura

que regula a través de una computadora incorporada dentro del equipo au-

xiliar, la temperatura marcada con la tarjeta. Esta temperatura queda válida hasta que se

vuelve a introducir nuevamente la tarjeta para marcar otro valor. Un display digital visua-

liza la temperatura marcada. Para desoldar cir-

cuitos integrados de muchas p atitas, se usa un

dispositivo similar al que vemos en la figura

10.16 y que permite además utilizar un chorro

de aire caliente para desoldar y una sopapa al

vacío para retirar el integrado desoldado. El



CAPITULO

10

Fig. 10.15

Fig. 10.13

Fig. 10.14

Fig. 10.16



cabezal del desoldador es cambiable para

adaptarlo en cada caso a los circuitos inte-

grados con los cuales el técnico está traba-

jand o.

Recuerde que muchos procesadores

digitales para CD, MD, DAT y otros usan

varios circuitos integrados similares a los

ilustrados, motivo por el cual estos dispo-

sitivos son una verdadera necesidad. Re-

cuerde también que estamos trabajando

con circuitos integrados muy sensibles a

los efectos térmicos prolongados y excesi-

vos y que las aleaciones de estaño y plo-

mo con diferentes porcentajes de ambos

componentes requieren un ajuste muy

preciso de la temperatura. En la figura

10.17 vemos el aspecto que tiene la curvatérmica de las aleaciones de estaño y plo-

mo de distintos porcentajes de composi-

ción. En todos los casos debe evitarse el

estado plástico de estas aleaciones, que

deben, en lo posible, pasar en forma casi inmediata del estado líquido al estado sólido,

para evitar la introducción de zonas frágiles y porosas que se pueden producir en el es-

tado plástico. El valor ideal para las soldaduras en equipos electrónicos se logra con una

aleación del 63% de estaño y 37% de plomo a una temperatura cercana a los 183°C. Es-

ta aleación se denomina eutéctica y es la más recomendada en este trabajo. También es

importante usar un flux adecuado en base a resina u otros materiales recomendados, pa-

ra lograr una fusión rápida y limpia de las partes estañadas.



Fig. 10.17



APENDICE

A.1. Más mediciones en equipos de audio

En el Capítulo 10 habíamos mencionado varios ajustes y comprobaciones que puedencompletar un examen completo de un equipo de audio, pero que en realidad no son impres-

cindibles para el service, sino que p ertenecen más al dominio del laboratorio de audio y, por

tal motivo, no los habíamos incluido en ese capítulo. Consideramos, sin embargo, que algu-

nos de estos ajustes poseen suficiente interés técnico como para tratarlos en forma separada

en este apéndice. A continuación los describimos.

A. 2. Medición de la modulación cruzadaLa modulación cruzada, llamada "crosstalk", en inglés, puede producirse en equipos este-

reofónicos o multicanales, al penetrar la señal de uno de los canales en el otro. Este efecto

se conoce también como separación de canales y, a veces, se denomina con este nombre en

las especificaciones de un equipo. Esta penetración indeseada de señales se expresa en dB yse mide de la si-

guiente manera. Se

pueden usar con

preferencia instru-

mentos que permi-

tan una doble lec-

tura simultánea de

dos parámetros, co-

mo por ejemplo: el

voltímetro de audio

de doble aguja, que

vimos en la figura

10.3, o el oscilosco-

pio de doble haz,

OTRAS MEDICIONES EN EQUIPOS DE AUDIO


APENDICE

APENDICE

Fig. A.2

Fig. A.1



de la figura 10.2. Para la me-

dición se aplica una señal de

audio a la entrada de uno de

los canales del amplificador

y se neutraliza la entrada del

otro canal mediante un resis-

tor en paralelo, cuyo valor

debe ser equivalente a la re-

sistencia de entrada de esta

etapa, generalmente entre

47k y 68kohms.

Se mide ahora en la sali-

da de ambos canales el valor

de la tensión de salida de es-

ta señal con el instrumento

de doble aguja o de dos ha-

ces electrónicos. En el casode usar el voltímetro, se po-

drá leer la diferencia entre la

salida de los dos canales di-

rectamente en dB, ya que

los voltímetros de audio po-

seen generalmente la escala

marcada en volt y en dB. De

cualquier manera, es fácil

establecer la diferencia en

dB y con ello asignar el va-

lor correcto a la modulacióncruzada. Con el osciloscopio la lectura deberá tomar en cuenta la escalas diferentes que se

usan para cada canal y tomar los valores obtenidos para el cálculo posterior. Una indicación

de -40dB significa que el valor obtenido en un canal, es 100 veces menor que el del otro ca-

nal, usando para la medición generalmente una frecuencia de 1000Hz.

A.3. La med ición de la intermo du lació nMientras la modulación cruzada se refería a la influencia de la señal de un canal sobre la

señal de otro canal, en la intermodulación medimos la influencia de una señal de baja fre-

cuencia sobre otra señal de alta frecuencia dentro de un mismo canal.

En la figura A.1 vemos el esquema del circuito de medición para la intermodulación. Se

aplican dos señales de audio, una de 50 ó 60Hz y la otra de 7kHz, a la entrada del amplifi-cador bajo prueba y se conecta su salida a un filtro pasa-altos.

En este filtro se eliminan las componentes de baja frecuencia (50 ó 60Hz) y, por lo tanto,

si en la pantalla del osciloscopio conectado a la salida, aparece alguna componente de esta

frecuencia baja, la misma es el resultado de la intermodulación. El esquema de la figura A.2

pertenece a un medidor comercial de intermodulación, pero en la figura A.2. vemos las co-

nexiones para un medidor hecho por el técnico mismo.

En el instrumento "casero" se usa sólo un generador de audio y la frecuencia de la red de

50 ó 60Hz suministra la segunda frecuencia de audio para la medición.

La forma de onda sinusoidal, a veces imperfecta de la red eléctrica, es la exactitud sufi-

ciente para los fines de esta medición. Es necesario usar un transformador para lograr una se-

ñal de la amplitud necesaria y separada de la red eléctrica. La amplitud de las señales debe



Fig. A.3



ser idéntica en el borne de entrada del

amplificador. Si éste es perfectamente li-

neal, ambas señales saldrán del amplifi-

cador en forma separada, tal como entra-

ron. Sin embargo, si se presenta en el

amplificador alguna alinealidad en una

etapa, la misma actuará como mezclador

y se presentarán diferentes batidos entre

las dos frecuencias involucradas. Como esto es factible bajo cierta circunstancias, resulta con-

veniente efectuar la comprobación por medio del circuito de la figura A.2 o un instrumento

comercial.

En la medición se inyectan las dos señales al equipo bajo prueba y después de pasar las

señales de salida por el filtro pasa-altos, se observará, en el osciloscopio, el oscilograma co-

rrespondiente al eventual batido producido. El filtro pasa-altos sólo da paso a la señal de su-

ma, ya que elimina las señales de baja frecuencia. Esto significa que toda señal de 50Hz que

aparece en la salida se debe a la señal modulada de 7kHz y no a la señal de entrada de 50Hz

inyectada. Se observa en el circuito de salida de los generadores los resistores de 10k y 39k,cuya presencia produce que la señal de 50Hz sea cuatro veces mayor que la señal de 7kHz,

si bien su amplitud a la salida de los generadores es idéntica. En estas condiciones se puede

tomar la lectura en el osciloscopio, cuyo aspecto será similar a la figura y ello permite efec-

tuar el cálculo del porcentaje de intermodulación de acuerdo a la siguiente expresión:

-+Vmáx. - Vmín.__________________

x % =Vmáx. + Vmín.

En los equipos comerciales generalmente se puede tomar la lectura en forma directa. El

valor típico de un amplificador de alta fidelidad y alta potencia puede estar en el orden del

0,002%. En las especificaciones de muchas marcas se indica como condiciones de mediciónla señalada de: 50Hz, 7.000Hz, 4:1. Generalmente se indica también el régimen de la poten-

cia de salida en el cual se especifica el valor medido.

A. 4. El uso del osciloscopio para analizar distorsiones de la señalEl análisis cualitativo de las señales de audio es factible por medio de la inyección de una

señal de onda cuadrada y la observación, con el osciloscopio, de la señal de salida resultan-

te. Nos acordamos de que una onda cuadrada es una fundamental sinusoidal, acompañada

por una cantidad de armónicas impares en cantidad y amplitud determinadas. Este amplio

contenido armónico permite determinar el comportamiento del equipo, no sólo en la frecuen-

cia fundamental de la onda cuadrada, sino también en señales cuya frecuencia puede ser 7 ó

9 veces superior.Una onda cuadrada de 1.000Hz permite controlar la respuesta también en 3.000, 5.000,

7.000 y 9.000Hz y, a veces, también en frecuencias superiores. En la figura A.3. vemos el as-

pecto de varios oscilogramas basados en una señal de entrada que vemos en la parte inferior

de la figura en forma idealizada, mientras que en los 14 oscilogramas superiores se observan

diferentes tipos de distorsión causadas por las razones indicadas en cada caso.

Si bien en casos reales las formas de onda no suelen ser tan explícitas como las ilustra-

das, estas figuras brindan una idea bastante concreta de cómo pueden ser vistas en la prácti-

ca. Pruebas efectuadas con ondas sinusoidales no permiten este grado de exactitud en obser-

vaciones visuales.

El método expuesto es sólo apto para estimaciones cualitativas, para mediciones cuatita-

tivas es necesario usar el método indicado en el Capítulo 10.4.



APENDICE

Fig. A.4



A.5. Medición de la

ganancia de tensiónLa ganancia de tensión es la relación

entre la tensión de salida dividida por la

tensión de entrada, en cualquier frecuen-cia en particular o sobre el rango comple-

to de frecuencias del equipo. Si se mantie-

ne constante la tensión de salida del gene-

rador, que es la tensión de entrada del

equipo, simplemente se divide la tensión

de salida, medida en cualquier frecuencia,

por este valor de la tensión de entrada, para obtener la ganancia de tensión del equipo en es-

ta frecuencia, siendo G = Ex/Ee. En la figura A.4. vemos el conexionado de generador, equi-

po y medidor para esta medición. Recuerde que una configuración similar existe también pa-

ra la medición de la respuesta de frecuencia, motivo por el cual puede resultar conveniente

efectuar ambas mediciones en forma simultánea.

A.6. Medición de la impedancia de entradaLa impedancia de entrada de un preamplificador de audio depende de la selección del

equipo al cual se debe conectar. Para la conexión a un pick-up de imán móvil (MM), la im-

pedancia es baja; en cambio, para la conexión a un pasadisco de CD o una línea de distribu-

ción de audio, la impedancia es alta. La med ición del valor real en cada caso puede efectuar-

se mediante el uso del instrumental ya mencionado, a saber: generador de audio, voltímetro

de audio, multímetro para la medición de la resistencia y un resistor de carga no-inductivo.

En la medición de la impedancia de entrada se usa además una llave inversora que, en el es-

quema de medición de la figura A.5, está marcada como S1.

El principio de medición es el siguiente. Se mdie la caída de tensión sobre un resistor va-

riable, R1, cuyo valor debe estar del mismo orden que la impedancia de entrada, tal vez un

potenciómetro de carbón de 50K.

En lugar del voltímetro de audio V, se puede usar también un osciloscopio, ya que no es

necesario medir las tensiones en valores absolutos. Sólo debemos poder evaluar la igualdad

de las amplitudes al medir las tensiones en R1 y el amplificador. Para esta medición, ajuste el

generador de audio a una frecuencia de referencia, tal vez 1.000Hz. Pase la llave S1 alterna-

tivamente entre las posiciones A y B y ajuste el potenciómetro R1 hasta que el instrumento

indique en ambas posiciones el mismo valor.

Una vez obtenida esta posición del potenciómetro R1, mida cuidadosamente su valor re-

sistivo en ohms con el multímetro. Este tiene, desde luego, una fuente interna de tensión con-

tinua para las mediciones resistivas. El valor resistivo del potenciómetro es entonces igual al

valor de impedancia dinámica de entrada del amplificador bajo prueba. La lectura del valoróhmico debe ser exacta para obtener el valor real de este parámetro, en la frecuencia en la

cual se efectúa la medición.

A.7. Medición de la sensibilidad de entradaLa sensibilidad de entrada de un amplificador se define como aquella señal de entrada

que se requiere para producir en la salida una determinada potencia de salida sobre un va-

lor determinado de resistencia de carga definido. Muchas veces se especifica el valor de re-

sistencia de entrada junto con el valor de la tensión de entrada.

En algunos equipos se indica, por ejemplo, que la potencia de salida de 50 watt debe ob-

tenerse con una señal de entrada de 500mV. En otros equipos se da valores de referencia de



Fig. A.5



normas aplicables (DIN, IHF, etc.) y se demuestra

que el equipo bajo prueba cumple con estas nor-

mas.

Para la medición de este parámetro se usa el cir-

cuito de prueba de la figura A.4. Se puede hacer

esta medición bajo dos enfoques diferentes. Uno

sería aplicar la señal del generador de audio a la

entrada y comprobar a la salida una potencia de

referencia, por ejemplo: los 50 watt arriba men-

cionados.

Después se mide la tensión de entrada y la mis-

ma debe ajustarse a los valores especificados.

El otro enfoque sería aplicar a la entrada la señal

del generador con la amplitud especificada,

500mV en este caso, y comprobar el valor de la

potencia de salida. En todos los casos debe haber

coincidencia con los valores especificados.

A.8. Medición de la sensibilidad con

respecto a la cargaPara lograr el máximo rendimiento de un amplificador de audio, es necesario que esté

cargado siempre con el valor óptimo de la resistencia de carga. Este valor se obtiene cuando

la impedancia de carga sea igual a la impedancia de salida del amplificador.

Todo valor diferente de la impedancia de carga influye a que la potencia entregada sea

diferente al valor óptimo del 100%. En la figura A.6 vemos una curva que demuestra gráfica-

mente la dependencia de la impedancia de carga sobre la potencia de salida. Se observa que

le valor del 100% sólo se obtiene cuando la relación de impedancia de carga Zc y la impe-

dancia de salida Zs, Zc/Zs = 1.Cuando uno de los dos valores varía en su magnitud, también varía el rendimiento obte-

nible con el amplificador. Este postulado se cumple tanto con amplificadores de potencia, co-

mo con amplificadores de tensión (preamplificadores). Esta medición es también utilizable pa-

ra comprobar el valor correcto de la impedancia de salida, ya que la misma debe ser igual a

la impedancia de carga, y al medir una, automáticamente surge la otra La medición se puede

efectuar con el circuito de prueba de la figura A.4. y, al trazar los resultados en un gráfico, el

mismo debe tener las características de la figura A. 6.

A. 9. Medición del ancho de banda de potenciaEl ancho de banda de potencia, llamado en inglés power bandwidth,

es un valor de frecuencia que representa el comportamiento delequipo de audio en condiciones reales de funcionamiento y, por lo

tanto, puede ser diferente al valor potencial que exhibe el equipo en

condiciones teóricas.

La respuesta de frecuencias sólo refleja el ancho de banda sin tomar

en cuenta la potencia de salida en cada frecuencia. Cuando efectua-

mos la medición fijando límites precisos de potencia, los valores me-

didos suelen ser diferentes a los anteriores.

Para tomar en cuenta esta disminución de la potencia en los límites

extremos de la banda de frecuencia, se indica el valor de estos lími-

tes con la potencia máxima especificada. En un caso típico el ampli-

ficador puede tener una respuesta de frecuencia hasta 100.000Hz



APENDICE

Fig. A.6

Fig. A.7



con una carga ficticia o sin carga, pero reduce esta respuesta a 20.000Hz con la carga normal

especificada y con el máximo valor de la potencia.

Para hallar el valor del ancho de banda de p otencia, es necesario repetir la medición efec-

tuada de acuerdo a lo especificado en el Capítulo 10.2, pero respetando el valor de la poten-

cia máxima establecida. Se logra así una curva de respuesta entre 20 y 20.000Hz que se gra-

fica y que se puede comparar con los valores obtenidos anteriormente. Algunas marcas indi-

cando en sus especificaciones ambos valores, resaltan en cada caso las condiciones de medi-

ción. En la figura A. 7 vemos el aspecto de una curva típica.

De esta manera, damos por concluidas estas pequeñas sugerencias para el manteni-

miento de equipos de audio. Lo dado hasta aquí, no es más que un avance de todo lo que

se viene en materia de audio de alta fidelidad; espero que le resulte un material útil y de

consulta constante.


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Equipos de Audio Moderno