thumb|250px|Amplificador Mezclador MA-35. Un amplificador de audio, o amplificador de sonido, es un dispositivo electrónico que aumenta el nivel de una señal de audio. Su función es incrementar la amplitud de la señal de entrada utilizando corrientes de polarización (de voltaje negativo y positivo) en el transistor de salida.
El amplificador aumenta las señales de audio electrónicas de baja potencia, a un nivel lo suficientemente alto como para hacer funcionar altavoces o auriculares. Los amplificadores se emplean en distintos sistemas de audio, incluyendo refuerzo de sonido, megafonía, audio doméstico y amplificadores de instrumentos musicales (como los de la guitarra eléctrica), y son la etapa electrónica final en una cadena de reproducción de audio típica antes de que las señales sean enviadas a los altavoces.
Las etapas previas en estas cadenas son los amplificadores de audio de baja potencia, que realizan tareas como la preamplificación de la señal (particularmente asociada con señales de tocadiscos, señales de micrófono y señales de guitarra, como la guitarra y el bajo eléctrico), la ecualización (por ejemplo, ajuste de graves y agudos), los controles de tono, la mezcla de diferentes señales de entrada o la adición de efectos electrónicos como reverberación.
Las señales de entrada pueden provenir de diversos tipos de dispositivos, como pueden ser tocadiscos, reproductores de CD, audio digital o de casete. La mayoría de los amplificadores de potencia de audio requieren de estas entradas de bajo nivel, que son de nivel de línea.
La señal de entrada a un amplificador de audio, como la señal de una guitarra eléctrica, puede tener varios cientos de vatios, y su salida puede ser de unos pocos vatios (para pequeños dispositivos electrónicos de consumo, como radio o despertadores), decenas o cientos de vatios (para un sistema estéreo doméstico), varios miles de vatios (para el sistema de sonido de un club nocturno), o decenas de miles de vatios (para un gran sistema de refuerzo de sonido en un concierto de rock).
Si bien los amplificadores de audio se pueden encontrar como unidades independientes, estos están generalmente dirigidos al mercado de auriculares de alta fidelidad, entusiastas del audio y profesionales de sistemas de refuerzo de sonido. La mayoría de los productos de audio de electrónica de consumo, tales como amplificadores integrados, receptores, radios despertadores, estéreos portátiles y televisores, tienen tanto el preamplificador como el amplificador de potencia contenidos en un mismo chasis.
Historia El amplificador de audio fue inventado alrededor de 1912 por Lee de Forest, quien introdujo el primer componente eléctrico amplificador práctico, el triodo de válvula termoiónica en 1907. El triodo, un dispositivo de tres terminales con una rejilla de control que modula el flujo de electrones del filamento a la placa, fue fundamental para la creación de la primera Radio AM. En 1947, el Amplificador Williamson demostró notable calidad de audio utilizando tubos de vacío.
A finales de la década de 1960, los amplificadores de potencia de audio basados en transistores se volvieron prácticos, gracias a la disponibilidad generalizada de transistores económicos. Desde los años 70, la mayoría de los amplificadores modernos se basan en transistores de estado sólido como el transistor de unión bipolar (BJT) y el transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor (MOSFET), los cuales son más livianos, fiables y requieren menos mantenimiento que los amplificadores de tubo.
El MOSFET, desarrollado por Mohamed Atalla y Dawon Kahng en los Laboratorios Bell en 1959, fue adaptado para aplicaciones de audio por Jun-ichi Nishizawa en la Universidad de Tohoku en 1974. Empresas como Yamaha, JVC, Pioneer, Sony y Toshiba comenzaron a fabricar amplificadores con MOSFET de potencia a partir de 1974. En 1977, Hitachi introdujo el LDMOS (Lateral Diffused MOS), utilizado en amplificadores de potencia de audio hasta 1983. Los amplificadores de clase D ganaron popularidad en los años 80 con la disponibilidad de MOSFET de rápida conmutación y bajo costo.
A pesar de estas innovaciones, en la década de 2020 aún hay entusiastas del audio, músicos, ingenieros de audio y productores musicales que prefieren los amplificadores de tubo debido a su sonido más "cálido". Esto es especialmente notable entre quienes tocan instrumentos como la guitarra eléctrica, bajo eléctrico, órgano Hammond y piano eléctrico Fender Rhodes.
Parámetros de diseño
Los parámetros clave de diseño de los amplificadores de potencia de audio son la respuesta en frecuencia, la ganancia, el ruido y la distorsión. Estos son interdependientes; el aumento de la ganancia a menudo conduce a una amplificación indeseable en el ruido y la distorsión. Aunque la retroalimentación negativa reduce el mismo, también disminuye la distorsión. La mayoría de los amplificadores de audio son lineales que operan en clase AB.
Hasta la década de 1970, la mayoría de los amplificadores utilizaban válvulas de vacío. Durante la década de los 70, los amplificadores a válvulas fueron sustituidos cada vez más por amplificadores basados en transistores de silicio, que eran más ligeros, más fiables y demandaban menos mantenimiento. No obstante, los preamplificadores de válvulas se siguen vendiendo en nichos de mercado, como los aficionados a la alta fidelidad doméstica, los ingenieros de sonido y los productores musicales (que utilizan preamplificadores de válvulas en las grabaciones de estudio para "calentar" las señales de los micrófonos) y los guitarristas eléctricos, los bajistas eléctricos y los intérpretes de órganos Hammond, de los que una minoría sigue utilizando preamplificadores de válvulas, etapas de potencia de válvulas y unidades de efectos de válvulas. Mientras que los entusiastas de la alta fidelidad y los ingenieros de audio que hacen sonido en directo o monitorizan pistas en el estudio suelen buscar amplificadores con la menor distorsión, los instrumentistas eléctricos de géneros como el blues, la música rock y la música heavy metal, entre otros, utilizan amplificadores a válvulas porque les gusta la sobre marcha natural que producen los amplificadores a válvulas cuando se les exige mucho.
El amplificador de clase D, que es más eficiente que los amplificadores de clase AB, se utiliza ampliamente en productos de audio de electrónica de consumo, amplificadores de bajo y equipos de sistemas de refuerzo de sonido, ya que los amplificadores de clase D son más livianos y producen menos calor.
Características técnicas
Las características técnicas de cada modelo determinarán la calidad del amplificador. Son las siguientes:
Impedancia Factor de amortiguamiento Potencia de salida Relación señal-ruido Acoplamiento Respuesta en frecuencia Respuesta de fase Ganancia Sensibilidad Distorsión Diafonía
Impedancia La impedancia es la resistencia (oposición) que presenta cualquier dispositivo al paso de una corriente, en este caso, alterna.
La impedancia de entrada de un amplificador debe ser de al menos 10 kΩ. Estos 10 kΩ se dan para que en el caso de posicionar 10 amplificadores en paralelo la carga total sea de un 1kΩ. (10 kΩ / 10 = 1 kΩ).
Factor de amortiguación Indica la relación entre la impedancia nominal del altavoz a conectar y la impedancia de salida del amplificador (la eléctrica que realmente presenta en su salida).
Cuanto mayor sea el factor de amortiguación de un amplificador , pero por encima de doscientos, puede significar que el amplificador está suficientemente protegido contra cargas reactivas que pueden deteriorarlo.
El factor de amortiguamiento se expresa: 200 sobre 8 Ω, lo que significa que la impedancia de salida real del amplificador es de 0,04 Ω (8/200).
Muchos fabricantes incluyen el factor de amortiguamiento para graves, lo que resulta muy útil, porque sabemos que esa es la respuesta en frecuencia crítica. Vendría indicado como 150 sobre 8 Ω a 40 Hz.
Potencia de salida Hace referencia a la potencia eléctrica, no confundir con la potencia acústica. Como en el altavoz, es la cantidad de energía que se puede introducir en la etapa de potencia antes de que distorsione en exceso o de que pueda sufrir desperfectos. Se especifica la potencia máxima del amplificador en función de una determinada impedancia, generalmente, 8 Ω. Por ejemplo: 175 W sobre 8 Ω). Si el amplificador es estéreo, hay que tener en cuenta si esa potencia se refiere a cada uno de los canales o a ambos. Por ello, en las especificaciones técnicas, se añade una de estas dos indicaciones: con los dos canales alimentados. por cada canal.
En el ejemplo anterior con una potencia de salida de 175 W sobre 8 Ω, si se añade con los dos canales alimentados significa que por canal la potencia será la mitad (87,5 W sobre 8 Ω). Por el contrario, con una potencia de salida de 175 W sobre 8 Ω por canal, tendremos 350 W sobre 8 Ω con los dos canales alimentados.
En los equipos que permiten modificar la impedancia de entrada, también hay que tener en cuenta las modificaciones que al variar este parámetro introducen en la potencia. En este caso se hacen aproximaciones cercanas, nunca son absolutas, porque en el estado actual de los amplificadores, esto no es posible. Así, si tenemos un amplificador en el que en las especificaciones técnicas figura 175 W sobre 8 Ω, si reducimos la impedancia a 4 Ω, la potencia será cercana al doble, los 350 W (en un amplificador ideal, debería ser justamente estos 350 W). Dentro de la potencia se diferencia entre potencia nominal y potencia de pico.
Potencia máxima Potencia máxima eficaz, o potencia media a régimen continuo, es la potencia eléctrica real verificable con instrumentos que puede proporcionar la etapa de salida durante un minuto a una frecuencia de 1 kHz (kilohercio) sobre la impedancia nominal especificada por el fabricante (normalmente 4 Ω, 6 Ω u 8 Ω) y viene dada por la expresión Po = Vo (rms)²/Zo.
Donde:
Po es la potencia de salida.
Vo es el voltaje (tensión eléctrica) eficaz de salida.
Zo es la impedancia nominal del amplificador.
Nota: para medir la potencia se emplea una resistencia pura, pues una impedancia compleja altera el desempeño del amplificador.
Potencia máxima útil La potencia eficaz está limitada por la distorsión del equipo, ya que esta crece con la potencia, de modo que se especifica la potencia útil a un nivel de distorsión nominal, como 1%, 2% o 5% (10% en amplificadores de baja calidad) o menos de 0.25% en otros de alta calidad, esta medida es inferior a la anterior.
Potencia de pico, admisible o musical Potencia máxima impulsiva (un pico de señal), que puede soportar cada cierto tiempo el amplificador antes de deteriorarse.
Algunos fabricantes en lugar de especificar la potencia nominal, especifican la potencia de pico, para maquillar el alcance del amplificador, pues la potencia de pico siempre es superior a la potencia nominal. Hay que estar alerta a este detalle y tener en cuenta que la potencia de pico de un amplificador es 2 veces su valor nominal.
Relación señal/ruido Hace referencia al voltaje de ruido residual a la salida y se expresa en dB.
Para que la relación señal /ruido esté por debajo del umbral de audición, debe ser de al menos 100 dB. Mayor, 110 dB, en el caso los amplificadores de alta potencia (por encima de los 200 W).
Acoplamiento Indica la forma en que el amplificador está conectado al altavoz. Puede haber varios modos: “acoplamiento directo”, cuando ambos están acoplados directamente. Este permite la mejor respuesta en frecuencia y el mayor rendimiento en cuanto a potencia entregada a la carga. “acoplamiento inductivo”, cuando el amplificador y su carga están acoplados mediante un transformador. “acoplamiento capacitivo”, si el acoplamiento se realiza mediante condensadores.