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Preamplificador para
Micrófono
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Antes de entrar en el análisis circuital
veremos algunos conceptos relacionados a la física
del sonido. El primero y más importante es
la presión sonora. Recordemos que el sonido
es la propagación de una perturbación
en el aire. El aire soporta una cierta presión
atmosférica del orden de unos 100.000 Pascales
(o 1.000 hectoPascales, como dice el meteorólogo,
para equipararlo con los 1.000 mm de mercurio).
El sonido suma o resta presión a la presión
atmosférica establecida. Supongamos un silbato
de 6 Pa de presión, hace que a nuestro oído
llegue una diferencia de presión de entre
(1.000 - 6)= 994 Pa y (1.000 + 6)= 1.006 Pa. Esta
variación rítmica de la presión
atmosférica es lo que conocemos por sonido.
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Hay sonidos más fuertes y otros más
débiles, el menor sonido que puede discernir
un oído normal está en el orden de los
0,00002 Pa (20uPa = microPascales o millonésimas
de Pascal) y el más elevado en 20 Pa, donde
se encuentra el umbral de dolor. Esto da una diferencia
entre el mayor y el menor sonido de un millón
de veces. Estas cifras son incómodas de manejar,
por lo que se utiliza un sistema logarítmico
conocido como Nivel de Presión Sonora SPL (Sound
Pressure Level), con una referencia de 20uPa (el umbral
de audición) tenemos allí el 0dB y el
umbral de dolor está en el 120dB (20 Pa, un
millón de veces más fuerte).
Cuando intentamos grabar algo, por ejemplo una orquesta,
veremos que hay instrumentos muy sutiles (violines,
p.ej.) y otros que suenan muy fuerte (timbales, p.ej.).
La diferencia entre el máximo nivel que se
puede grabar y el menor se llama rango dinámico
y es una de las características que diferencia
un preamplificador malo de uno bueno. En el umbral
inferior el límite del preamplificador es el
ruido propio. Todo elemento semiconductor genera un
cierto ruido térmico provocado por la recombinación
de los electrones de la juntura. Los transistores
tienen en general poco nivel de ruido, pero los integrados
operacionales comunes normalmente los cuadruplican,
y aún más con fuentes inductivas de
baja impedancia como son los micrófonos. En
el otro extremo, la mayor señal que se puede
grabar se encuentra con el recorte o clipping de la
señal, cuando el preamplificador ya no puede
amplificarla más.
En este preamplificador se utilizan en la entrada
un par de transistores, que nos ofrecen bajo ruido
y no tienen problema con la impedancia de entrada
del micrófono. Se encargan de dar una pequeña
amplificación y de elevar la impedancia a un
valor que pueda manejar el operacional, que es muy
superior para amplificar señales con ganancia
y linealidad.
Asimismo la entrada es balanceada, para eliminar los
ruidos de masa. En la figura 1 podemos ver un preamplificador
común, con una entrada a un micrófono
y masa. Allí vemos que junto con la señal
del micrófono se suma una señal de ruido,
que se induce en el chasis o el cable de entrada del
micrófono y es amplificada por el dispositivo
junto a la señal que nos interesa. En la figura
2, por el contrario, la señal es dividida y
desfasada para entrar a un operacional. Como sabemos,
el operacional es un amplificador diferencial, que
amplifica la diferencia de las señales. Como
la señal de micrófono Vm entra fuera
de fase es amplificada, pero la señal de ruido
er entra en fase y es rechazada, obteniendo en la
salida solamente la señal de micrófono
Vm amplificada. Si debemos utilizar este preamplificador
con un micrófono desbalanceado, solamente debemos
conectar la entrada - a masa.
Otra característica interesante de este preamplificador,
que vemos en detalle en la figura 3, es el control
de tono compuesto. Vemos que el control de graves
y agudos se realiza con un operacional y el de medios
con otro operacional invirtiendo la fase 180 grados.
Este sistema es superior al convencional donde los
tres controles están conectados al mismo operacional
porque corrige las diferencias de fase que se producen
al pasar el sonido por los filtros que realzan o atenúan
las frecuencias, dando entonces un sonido mas natural.
¿Cómo es esto de las diferencias de
fase? Veamos la figura 4 donde analizamos un simple
y elemental filtro paso bajo. En el primer gráfico
vemos que las frecuencias agudas resultan proporcionalmente
más atenuadas y en el segundo vemos que la
fase va cambiando a medida que se eleva la frecuencia.
Este efecto, en un preamplificador complejo, hace
que algunas frecuencias se resten y otras se sumen,
provocando resonancias o atenuaciones indeseadas,
que modifican el timbre de la señal original.
Este defecto se conoce como coloración.
Otro detalle importante es que antes del control de
tono tenemos un HPF (High Pass Filter) o filtro paso
alto, que atenúa todas las frecuencias inferiores
a 40 Hz. Este filtro se intercala para eliminar las
frecuencias subsónicas que el oído humano
no escucha pero hace desplazar el cono de los altoparlantes
a niveles peligrosos, recalentando los transistores
finales. Atenúa asimismo el “popeo”
al hablar cerca del micrófono y los ruidos
del viento en emisiones al aire libre. Recuerden utilizar
capacitores de poliéster de buena calidad para
el filtro.
El preamplificador cuenta con una fuente partida regulada.
En el caso de querer armar una consola mezcladora
con varios de estos dispositivos podremos utilizar
una sola fuente cada seis preamplificadores, esto
es: montamos los componentes de la fuente sólo
en una plaqueta y a las otras cinco les conectamos
la masa, el positivo y el negativo con sendos cablecitos
que tomamos de la salida de los reguladores.
En la figura 5 tenemos el dibujo de la placa de circuito
impreso y el detalle de la ubicación de los
componentes sobre la plaqueta.
Un detalle práctico a tener en cuenta en el
montaje, es medir los transistores con un multímetro
antes de conectarlos, porque hemos encontrado transistores
BC548 de dudosa procedencia que vienen con las patitas
mal distribuídas. Si no consiguen de los buenos
prueben adquirir BC546 y BC556.
En la figura 6 les ofrezco un circuito para avisar
que se está por superar la capacidad de amplificación
del dispositivo. Normalmente, la salida de este tipo
de aparatos es de +4dBu (1,23V sobre 600 ohms) y lo
máximo que puede amplificar es 23dBu =12V (la
tensión de fuente). Por lo que decimos que
el equipo tiene un margen de sobrecarga o headroom
de casi 20dB. En este caso, si el LED enciende (en
la jerga “pica”que es un verbo inventado
por los sonidistas para expresar que enciende la luz
de “peak”) no significa que esté
distorsionando, pero sí lo hará a los
próximos 10dB (3,16 veces más) |
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De
la Redacción de la Revista Saber Electrónica
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