En un sistema de audio , el factor de amortiguación se define como la relación entre la impedancia nominal del altavoz (generalmente se supone que es8 Ω ) a la impedancia de fuente del amplificador de potencia. [1] [2] [3] [4] [5] [6] Fue propuesto 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 típicos de estado sólido y de válvulas, el factor de amortiguación varía en función de la frecuencia. En los amplificadores de estado sólido, el factor de amortiguación suele tener un valor máximo en frecuencias bajas y se reduce progresivamente en frecuencias más altas. La figura de la derecha muestra el factor de amortiguación 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 amortiguación mucho más bajos que los amplificadores modernos de estado sólido, lo cual es una característica indeseable.
La impedancia de la fuente (que es vista por el altavoz) incluye la impedancia del cable de conexión. La impedancia de carga y la impedancia de fuente se muestran en el diagrama del circuito.
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La definición de factor de amortiguación normalmente utilizada para caracterizar amplificadores de audio es: [7]
Sin embargo, de esta forma la amortiguación no es proporcional a la del circuito eléctrico. La carga es la fuente de energía que se amortigua, y si = 0, la resistencia de amortiguación en serie con la fuente de energía no puede caer por debajo de sí misma (a menos que se haga negativa, lo que generalmente no es práctico). Este hecho fue admitido y se propuso una definición mejorada: [8]
Pierce [4] llevó a cabo un análisis de los efectos del factor de amortiguación del amplificador en el tiempo de caída 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 amortiguación superior a 10 dará como resultado diferencias inaudibles entre ese factor y un factor de amortiguación igual al 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 sobre la amortiguación del sistema. También es importante no confundir estos efectos con los efectos de amortiguación, ya que son causados por dos mecanismos bastante diferentes. Los cálculos sugirieron que un factor de amortiguación superior a 50 no conducirá a mejoras audibles, en igualdad de condiciones. [4]
Para los amplificadores de potencia de audio que emplean alguna retroalimentación negativa global, esta impedancia de fuente es generalmente menor que0,1 Ω , [6] 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 ser de aproximadamente4 a 8 Ω , aunque hay otros altavoces de impedancia 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 en una porción representativa de su rango de frecuencia operativa. Hay que tener 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 al aire libre del controlador, que puede ser significativamente mayor en magnitud que la impedancia nominal nominal. Además, las características eléctricas de cada bobina móvil cambiarán con la temperatura (los niveles altos de 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 en altas frecuencias y las redes de cruce pasivas (compuestas de inductores, condensadores y resistencias relativamente grandes) introducen más variaciones de impedancia en los sistemas de altavoces multidireccionales. Con referencia a la ecuación proporcionada 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 varía 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 particular y un amplificador particular describe la capacidad del amplificador para controlar el movimiento indeseable del cono del altavoz cerca de la frecuencia de resonancia del sistema de altavoces. [3] Suele utilizarse en el contexto del comportamiento de los controladores de baja frecuencia, y especialmente en el caso de los 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 excitarse mediante señales eléctricas (por ejemplo, impulsos ) en frecuencias de audio. Pero un controlador con 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 del "generador de corriente de la bobina móvil". Si esa carga tiene baja resistencia, la corriente será mayor y la bobina móvil se verá obligada a desacelerar con más fuerza. Un alto factor de amortiguación (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 a un "freno" en el movimiento de la bobina móvil (como un cortocircuito). a través de los terminales de un generador eléctrico rotativo hará que sea muy difícil girar). En general (aunque no universalmente) se piensa que es deseable un control más estricto del movimiento de la bobina móvil, ya que se cree que contribuye a un sonido de mejor calidad. [ cita necesaria ]
El voltaje generado por la bobina móvil en movimiento 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 (por ejemplo, entre 4 y 8 Ω normalmente) 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 del mercado masivo).
La corriente de retorno de un altavoz no sólo 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 combinen con el mismo amplificador.
El factor de amortiguación se ve afectado hasta cierto punto 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 amortiguación general en sólo una pequeña y cantidad, por tanto, insignificante.
Por tanto, los valores elevados del factor de amortiguamiento no dicen, por sí solos, 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 retroalimentación mucho más bajas y, en cualquier caso, casi siempre tienen transformadores de salida que limitan la baja que puede ser 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. Yendo aún más lejos, algunos amplificadores de válvulas están diseñados para no tener ninguna retroalimentación negativa.
Los amplificadores de estado sólido modernos típicos con retroalimentación negativa tienden a tener factores de amortiguación altos, normalmente por encima de 50 y a veces incluso superiores a 150. Los factores de amortiguación altos tienden a reducir el grado en que un altavoz "suena" (sufre una oscilación no deseada a corto plazo después de una se aplica un impulso de potencia), pero es fácil exagerar hasta qué punto los factores de amortiguación superiores a aproximadamente 20 ayudan a este respecto; [2] habrá una resistencia interna efectiva significativa, así como cierta resistencia y reactancia en las redes cruzadas y los cables de los altavoces. [1] Los amplificadores más antiguos, además de los amplificadores triodos modernos e incluso de estado sólido con baja retroalimentación negativa, tenderán a tener factores de amortiguación más cercanos a la unidad, o incluso menores que 1. [ cita necesaria ]
Aunque valores extremadamente altos del factor de amortiguación en un amplificador no necesariamente harán que la combinación altavoz-amplificador suene mejor, [10] un factor de amortiguación alto puede servir para reducir la intensidad de las variaciones añadidas de la respuesta de frecuencia que no son deseables. La figura de la derecha muestra el efecto del factor de amortiguación en la respuesta de frecuencia de un amplificador cuando ese amplificador está conectado a una carga de impedancia de altavoz simulada. Esta carga es medianamente exigente pero no atípica de los altavoces de alta fidelidad que hay 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 amortiguación del amplificador y han hecho del uso de la carga de altavoz simulada una parte rutinaria de sus mediciones de amplificador. Alrededor4 kHz , la diferencia real entre un amplificador con un factor de amortiguación moderado (100) y uno con un factor de amortiguación bajo (20) es de aproximadamente 0,37 dB. Sin embargo, el amplificador con un factor de amortiguación bajo actúa más como un ecualizador gráfico sutil que el amplificador con un factor de amortiguación 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 diversas curvas de respuesta de frecuencia del amplificador se desprende claramente que valores bajos del factor de amortiguación dan como resultado cambios significativos en la respuesta de frecuencia del amplificador en varias bandas de frecuencia. Esto dará como resultado amplios niveles de coloración del sonido que probablemente sean audibles. Además, los cambios en la respuesta de frecuencia dependerán de la impedancia dependiente de la frecuencia de cualquier 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 amortiguación de moderados a altos son la opción preferida si se desea una reproducción de sonido precisa 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 una amortiguación eléctrica más baja, [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 decibeles (donde la impedancia del altavoz sería máxima), lo cual es útil si solo se utiliza un solo altavoz para todo el rango de audio. Por lo tanto, algunos amplificadores, en particular los amplificadores antiguos de las décadas de 1950, 1960 y 1970, cuentan con controles para variar el factor de amortiguación. Si bien esta "mejora" de graves puede resultar agradable para algunos oyentes, representa una distorsión de la señal de entrada. [ cita necesaria ]
Un ejemplo de un amplificador antiguo 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 los 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 del altavoz que permite elegir entre tres factores de amortiguación e induce el máximo rendimiento potencial de cualquier altavoz. factor de amortiguación con unLa carga de 8 Ω pasa a ser superior a 50 cuando este control se establece en NORMAL. Asimismo, es 5 en la posición MEDIA y 1 en la posición SUAVE. Permite elegir el sonido del altavoz que uno prefiera.
La amortiguación también es una preocupación 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 la década de 1990. Por ejemplo, el amplificador estéreo Marshall Valvestate 8008 montado en bastidor tiene un interruptor entre el modo "lineal" y "Valvestate": [14]
En realidad, se trata de un control de amortiguación basado en retroalimentación de corriente negativa, lo cual es evidente en el esquema, [15] donde el mismo interruptor está etiquetado como "Modo de potencia de salida: corriente/voltaje".
