En un sistema de audio , el factor de amortiguación se define como la relación entre la impedancia nominal del altavoz (que generalmente se supone que es8 Ω ) a la impedancia de la fuente del amplificador de potencia. [1] [2] [3] [4] [5] [6] Se propuso originalmente en 1941. [7] Solo se utiliza la magnitud de la impedancia del altavoz y se supone que la impedancia de salida del amplificador de potencia es totalmente resistiva.
En los amplificadores de estado sólido y de válvulas típicos, el factor de amortiguamiento varía en función de la frecuencia. En los amplificadores de estado sólido, el factor de amortiguamiento suele tener un valor máximo en las frecuencias bajas y se reduce progresivamente en las frecuencias más altas. La figura de la derecha muestra el factor de amortiguamiento de dos amplificadores. Uno es un amplificador de estado sólido ( Luxman L-509u) y el otro es un amplificador de válvulas (Rogue Atlas). Estos resultados son bastante típicos de estos dos tipos de amplificadores y sirven para ilustrar el hecho de que los amplificadores de válvulas suelen tener factores de amortiguamiento mucho más bajos que los amplificadores de estado sólido modernos, lo que es una característica indeseable.
La impedancia de la fuente (que se ve en el altavoz) incluye la impedancia del cable de conexión. La impedancia de carga y la impedancia de la fuente se muestran en el diagrama del circuito.
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La definición del factor de amortiguamiento normalmente utilizado para caracterizar los amplificadores de audio es: [7]
Sin embargo, en esta forma no es de hecho proporcional al amortiguamiento del circuito eléctrico. La carga es la fuente de energía que se amortigua, y si = 0, la resistencia de amortiguamiento en serie con la fuente de energía no puede caer por debajo de sí misma (a menos que se haga negativa, lo que normalmente no es práctico). Este hecho fue admitido y se propuso una definición mejorada, llamada relación de amortiguamiento : [8] Sin embargo, la definición anterior ha alcanzado un uso estándar.
Pierce [4] realizó un análisis de los efectos del factor de amortiguamiento del amplificador en el tiempo de decaimiento y las variaciones de respuesta dependientes de la frecuencia de un sistema de altavoces de suspensión acústica de caja cerrada. Los resultados indicaron que cualquier factor de amortiguamiento superior a 10 dará como resultado diferencias inaudibles entre ese y un factor de amortiguamiento igual a infinito. Sin embargo, también se determinó que la variación dependiente de la frecuencia en la respuesta del altavoz debido a la resistencia de salida del amplificador es mucho más significativa que los efectos en la amortiguación del sistema. También es importante no confundir estos efectos con los efectos de amortiguamiento, ya que son causados por dos mecanismos bastante diferentes. Los cálculos sugirieron que un factor de amortiguamiento superior a 50 no producirá mejoras audibles, si todo lo demás permanece igual. [4]
Para los amplificadores de potencia de audio que emplean algún tipo de retroalimentación negativa global, esta impedancia de fuente es generalmente menor que0,1 Ω , [6] lo que desde el punto de vista de la bobina móvil del controlador es casi un cortocircuito.
La impedancia de carga nominal del altavoz (impedancia de entrada) suele rondarDe 4 a 8 Ω , aunque hay altavoces de otras impedancias disponibles, que a veces bajan hasta1 Ω o2 Ω . Sin embargo, la clasificación de impedancia de un altavoz es simplemente un número que indica la impedancia mínima nominal de ese altavoz sobre una parte representativa de su rango de frecuencia de funcionamiento. Debe tenerse en cuenta que la mayoría de los altavoces tienen una impedancia que varía considerablemente con la frecuencia. [6] [9] Para un controlador de altavoz dinámico, hay un pico en la impedancia en la frecuencia de resonancia de aire libre del controlador, que puede ser significativamente mayor en magnitud que la impedancia nominal. Además, las características eléctricas de cada bobina móvil cambiarán con la temperatura (los niveles de alta potencia aumentan la temperatura de la bobina móvil y, por lo tanto, la resistencia), la inductancia de los devanados de la bobina móvil conduce a una impedancia creciente a altas frecuencias, y las redes de cruce pasivas (compuestas por inductores, condensadores y resistencias relativamente grandes) introducen variaciones de impedancia adicionales en los sistemas de altavoces multivía. En referencia a la ecuación dada anteriormente, esta variación dependiente de la frecuencia en la impedancia de carga del altavoz da como resultado que el valor del factor de amortiguación del amplificador varíe con la frecuencia cuando está conectado a una carga de impedancia del altavoz.
En los sistemas de altavoces , el valor del factor de amortiguación entre un altavoz en particular y un amplificador en particular describe la capacidad del amplificador para controlar el movimiento no deseado del cono del altavoz cerca de la frecuencia de resonancia del sistema de altavoces. [3] Se utiliza habitualmente en el contexto del comportamiento del controlador de baja frecuencia, y especialmente en el caso de controladores electrodinámicos, que utilizan un motor magnético para generar las fuerzas que mueven el diafragma . A veces se considera que un factor de amortiguación alto en un amplificador da como resultado que el amplificador tenga un mayor control sobre el movimiento del cono del altavoz, [3] particularmente en la región de graves cerca de la frecuencia de resonancia de la resonancia mecánica del controlador.
Los diafragmas de los altavoces tienen masa y sus componentes de suspensión flexibles tienen rigidez . Juntos, forman un sistema resonante y la resonancia mecánica del cono puede ser excitada por señales eléctricas (por ejemplo, pulsos ) a frecuencias de audio. Pero un controlador con una bobina móvil también es un generador de corriente, ya que tiene una bobina unida al cono y la suspensión, y esa bobina está inmersa en un campo magnético. Por cada movimiento que haga la bobina, generará una corriente que será vista por cualquier equipo conectado eléctricamente, como un amplificador. De hecho, el circuito de salida del amplificador será la carga eléctrica principal en el "generador de corriente de la bobina móvil". Si esa carga tiene baja resistencia, la corriente será mayor y la bobina móvil se verá forzada con mayor fuerza a desacelerar. Un factor de amortiguación alto (que requiere una baja impedancia de salida en la salida del amplificador) amortigua muy rápidamente los movimientos no deseados del cono inducidos por la resonancia mecánica del altavoz, actuando como el equivalente de un "freno" en el movimiento de la bobina móvil (de la misma manera que un cortocircuito entre los terminales de un generador eléctrico rotatorio dificulta mucho su giro). En general (aunque no de manera universal) se cree que es deseable un control más estricto del movimiento de la bobina móvil, ya que se cree que contribuye a una mejor calidad del sonido. [ cita requerida ]
El voltaje generado por la bobina móvil fuerza la corriente a través de tres resistencias:
Este es el factor clave para limitar la cantidad de amortiguación que se puede lograr eléctricamente, porque su valor es mayor (digamos entre 4 y 8 Ω típicamente) que cualquier otra resistencia en el circuito de salida de un amplificador que no utiliza un transformador de salida (casi todos los amplificadores de estado sólido en el mercado masivo).
La corriente de retorno de un altavoz no solo se disipa a través del circuito de salida del amplificador, sino también a través de la resistencia interna del propio altavoz. Por lo tanto, la elección de diferentes altavoces dará lugar a diferentes factores de amortiguación cuando se acoplen al mismo amplificador.
El factor de amortiguación se ve afectado en cierta medida por la resistencia de los cables de los altavoces. [2] [6] Cuanto mayor sea la resistencia de los cables de los altavoces, menor será el factor de amortiguación.
Los amplificadores de estado sólido modernos, que utilizan niveles relativamente altos de retroalimentación negativa para controlar la distorsión, tienen impedancias de salida muy bajas (una de las muchas consecuencias del uso de retroalimentación) y pequeños cambios en un valor ya bajo cambian el factor de amortiguamiento general solo en una cantidad pequeña y, por lo tanto, insignificante.
Por lo tanto, los valores altos del factor de amortiguamiento, por sí solos, no dicen mucho sobre la calidad de un sistema; la mayoría de los amplificadores modernos los tienen, pero de todos modos varían en calidad.
Los amplificadores de válvulas suelen tener relaciones de realimentación mucho más bajas y, en cualquier caso, casi siempre tienen transformadores de salida que limitan la impedancia de salida. Sus factores de amortiguación más bajos son una de las razones por las que muchos audiófilos prefieren los amplificadores de válvulas. Incluso más allá, algunos amplificadores de válvulas están diseñados para no tener realimentación negativa en absoluto.
Los amplificadores de estado sólido modernos típicos con retroalimentación negativa tienden a tener factores de amortiguamiento altos, generalmente superiores a 50 y, a veces, incluso superiores a 150. Los factores de amortiguamiento altos tienden a reducir el grado en que un altavoz "suena" (sufre una oscilación no deseada a corto plazo después de que se aplica un impulso de potencia), pero el grado en que los factores de amortiguamiento superiores a aproximadamente 20 ayudan en este sentido se exagera fácilmente; [2] habrá una resistencia interna efectiva significativa, así como cierta resistencia y reactancia en las redes de cruce y los cables de los altavoces. [1] Los amplificadores más antiguos, además de los modernos amplificadores de triodo e incluso de estado sólido con baja retroalimentación negativa, tenderán a tener factores de amortiguamiento más cercanos a la unidad, o incluso menores a 1. [ cita requerida ]
Aunque valores extremadamente altos del factor de amortiguamiento en un amplificador no necesariamente harán que la combinación altavoz-amplificador suene mejor, [10] un factor de amortiguamiento alto puede servir para reducir la intensidad de variaciones de respuesta de frecuencia agregadas que son indeseables. La figura de la derecha muestra el efecto del factor de amortiguamiento en la respuesta de frecuencia de un amplificador cuando ese amplificador está conectado a una carga de impedancia de altavoz simulada. Esta carga es moderadamente exigente pero no atípica de los altavoces de alta fidelidad que están en el mercado, y se basa en el circuito propuesto por Atkinson. [11] Las revistas de audio Stereophile y Australian Hi-Fi han reconocido la importancia del factor de amortiguamiento del amplificador y han hecho del uso de la carga de altavoz simulada una parte rutinaria de sus mediciones de amplificadores. Alrededor de4 kHz , la diferencia real entre un amplificador con un factor de amortiguamiento moderado (100) y uno con un factor de amortiguamiento bajo (20) es de aproximadamente 0,37 dB. Sin embargo, el amplificador con el factor de amortiguamiento bajo actúa más como un ecualizador gráfico sutil que el amplificador con el factor de amortiguamiento moderado, donde los picos y caídas en la respuesta de frecuencia del amplificador se corresponden estrechamente con los picos y caídas en la respuesta de impedancia del altavoz. [9]
De las distintas curvas de respuesta de frecuencia de los amplificadores se desprende claramente que los valores bajos de factor de amortiguamiento dan lugar a cambios significativos en la respuesta de frecuencia del amplificador en varias bandas de frecuencia. Esto dará lugar a amplios niveles de coloración del sonido que es muy probable que sean audibles. Además, los cambios en la respuesta de frecuencia dependerán de la impedancia dependiente de la frecuencia del altavoz que esté conectado al amplificador. [9] Por lo tanto, en los sistemas de reproducción de sonido de alta fidelidad, los amplificadores con factores de amortiguamiento moderados a altos son la opción preferida si se desea una reproducción precisa del sonido cuando esos amplificadores están conectados a cargas de impedancia de altavoces multidireccionales típicas.
Algunos diseñadores de amplificadores, como Nelson Pass , afirman que los altavoces pueden sonar mejor con un menor factor de amortiguación eléctrica, [12] aunque esto puede atribuirse a la preferencia del oyente más que al mérito técnico. Un factor de amortiguación más bajo ayuda a mejorar la respuesta de graves del altavoz en varios decibelios (donde la impedancia del altavoz estaría en su máximo), lo que es útil si solo se utiliza un único altavoz para todo el rango de audio. Por lo tanto, algunos amplificadores, en particular los amplificadores antiguos de los años 1950, 1960 y 1970, cuentan con controles para variar el factor de amortiguación. Si bien este "mejoramiento" de los graves puede ser agradable para algunos oyentes, no obstante representa una distorsión de la señal de entrada. [ cita requerida ]
Un ejemplo de un amplificador clásico con control de amortiguación es el Accuphase E-202, que tiene un interruptor de tres posiciones descrito en el siguiente extracto de su manual del propietario: [13]
El control de amortiguación de altavoces mejora las cualidades tonales características de los altavoces. El factor de amortiguación de los amplificadores de estado sólido es generalmente muy grande e ideal para amortiguar los altavoces. Sin embargo, algunos altavoces requieren un amplificador con un factor de amortiguación bajo para reproducir un sonido rico y con cuerpo. El E-202 tiene un control de amortiguación de altavoces que permite la elección de tres factores de amortiguación e induce el máximo rendimiento potencial de cualquier altavoz. Factor de amortiguación con unLa carga de 8 Ω se convierte en más de 50 cuando este control se establece en NORMAL. Del mismo modo, es 5 en la posición MEDIA y 1 en la posición SUAVE. Permite elegir el sonido de altavoz que se prefiera.
La amortiguación también es un problema en los amplificadores de guitarra (una aplicación en la que es deseable una distorsión controlada) y una amortiguación baja puede ser mejor. Numerosos amplificadores de guitarra tienen controles de amortiguación, y la tendencia a incluir esta característica ha ido en aumento desde los años 90. Por ejemplo, el amplificador estéreo Marshall Valvestate 8008 montado en rack tiene un interruptor entre el modo "lineal" y "Valvestate": [14]
En realidad, se trata de un control de amortiguación basado en una retroalimentación de corriente negativa, lo que es evidente en el esquema [15], donde el mismo interruptor está etiquetado como "Modo de potencia de salida: Corriente/Voltaje".
