¿Qué hace un amplificador de automóvil? La única guía que necesitas

¿Se pregunta cómo funciona un amplificador de coche y para qué se utiliza? ¿Listo para actualizar el sistema de audio de su automóvil que le gustaría actualizar pero necesita saber más primero? ¡Has venido al lugar correcto!

Cubriré todo lo que necesitas saber:

- Cómo funciona un amplificador de audio para automóvil
- Qué hacen y por qué son útiles para el sonido

Las diferencias entre las diferentes clases de amplificadores de audio

…¡y mucho, mucho más!

¿Qué hace un amplificador de coche?

Un amplificador de automóvil aumenta una señal de audio eléctrica muy pequeña desde la unidad principal a un voltaje más alto. Puede hacer funcionar altavoces conectados con un cable de altavoz con más potencia, volumen y claridad de sonido. La mayoría de los estéreos integrados en el tablero de audio para automóviles tienen solo alrededor de 15 a 18 vatios disponibles y comienzan a distorsionarse mucho en su salida máxima.

Un amplificador externo no solo resuelve este problema, sino que también puede mejorar en gran medida la fidelidad de reproducción de la música que disfruta.

Para bajos potentes, los subwoofers necesitan mucha potencia que es imposible de obtener solo con un estéreo de automóvil. Esto también es un problema cuando desea utilizar altavoces de posventa de 4 ohmios o incluso 2 Ω que necesitan más potencia para obtener el máximo rendimiento al actualizar su sistema de sonido.

Un amplificador externo proporciona una mayor calidad de sonido, ya que puede ofrecer menos ruido y distorsión debido a la electrónica más avanzada incluida para ese propósito. Los estéreos para autos a menudo usan un diseño más básico y componentes más económicos que limitan lo que puedes escuchar.

Explicación de las clasificaciones de potencia del amplificador

La clasificación de vatios continuos o RMS describe la potencia de salida que un amplificador puede entregar de manera realista y confiable. Aunque suene impresionante, la especificación de potencia "pico" o "máxima" es más un tecnicismo y no lo que obtendrá durante el uso normal.

La potencia RMS se refiere a la raíz cuadrática media medida utilizada en ingeniería eléctrica para describir señales de corriente alterna (CA) como las que se utilizan en la electrónica de sonido. Como el voltaje de CA es diferente de la corriente continua (CC), las matemáticas son un poco diferentes. Las medidas RMS tienen esto en cuenta.

Para ayudar a los compradores a obtener información más precisa, se creó el estándar 2006 de la Asociación de Electrónica de Consumo (CEA) para fomentar el suministro de especificaciones precisas. Los productos vendidos que enumeran las especificaciones CEA-2006 han demostrado que ofrecerán lo que anuncia el fabricante.

¿Cómo funciona un amplificador de coche?

Una fuente de alimentación interna, suministrada por el cableado de alimentación positivo y negativo de la batería, genera un voltaje de salida más alto, y más energía, de lo que sería posible con una fuente de alimentación de 12 voltios. Debido a la gran cantidad de amperios consumidos, en la mayoría de los casos, las conexiones de cable de alimentación y cable de tierra de calibre grueso se realizan directamente a la batería del vehículo y al chasis de metal.

El estéreo de un automóvil envía una señal de audio a través de un cable RCA u otra conexión donde la señal eléctrica aumentada se entrega a los terminales de los altavoces para usar con un cable.

Casi todos los amplificadores de potencia de audio para automóviles del mercado de accesorios tienen lo siguiente:

Una fuente de alimentación conmutada intensificadora CC-CC (corriente continua)
Circuitos de prevención de ruido ("bucle de tierra")
Circuito cruzado de altavoz
Circuito puente
Funciones de comodidad adicionales (p. ej., etapas de entrada a nivel de altavoz o refuerzo de graves)

Explicación de las fuentes de alimentación del amplificador de coche

El sistema de audio para autos presenta un desafío realmente difícil:usando solo un suministro de +12 V, no podemos crear directamente una gran potencia de salida para usar tanto para los altavoces de fábrica como para los altavoces mejorados.

Para ayudar a comprender mejor esto, podemos observar la ley de Ohm, que establece que la potencia está relacionada con la resistencia de una carga (impedancia del altavoz) y el voltaje de suministro. La resistencia de carga debe disminuir o el voltaje debe aumentar para obtener más potencia.

La Ley de Ohm es un conjunto de fórmulas matemáticas utilizadas para calcular la potencia entregada a una carga. Para obtener más potencia, deberá (1) reducir la carga de ohmios (impedancia) o (2) aumentar los voltios disponibles.

Una fuente de alimentación de modo conmutado (SMPS) en el interior lo hace posible, ya que toma el suministro de batería de +12 V y lo aumenta varias veces a aproximadamente 28 voltios a 32 voltios, por ejemplo. También se proporcionan rutas de suministro de polaridad positiva y negativa (también llamados "rieles" de suministro).

El chip de circuito integrado (IC) de conmutación activa y desactiva transistores de alta corriente conectados a un transformador miles de veces por segundo. El transformador, basado en el número de vueltas de alambre de cobre, produce voltajes más altos en su salida. Estos se suavizan y estabilizan para producir una fuente de alimentación para los canales de los altavoces.

Instantánea de las formas de onda alternativas (señales de voltaje de encendido/apagado) utilizadas para impulsar los transistores en un suministro SMPS varios miles de veces por segundo.

Los suministros de conmutación CC-CC, como los de un amplificador de coche, se denominan intensificar. ya que pueden tomar un voltaje más bajo y multiplicarlo varias veces a un voltaje más alto. Las fuentes de alimentación reductoras hacen lo contrario.

Algunos componentes, como los transistores de conmutación de alta potencia, están unidos al chasis de metal pesado del amplificador para eliminar y disipar el exceso de calor generado. De lo contrario, eventualmente fallarían debido al calor que los destruiría.

Cómo se encienden y apagan los amplificadores

Se usa una señal de corriente baja (a menudo menos de 0,025 amperios) llamada cable "remoto" para evitar que el amplificador permanezca encendido y agote la batería cuando no se usa. El cable remoto está conectado a una salida en el estéreo del automóvil o en el cableado de encendido. Cuando se elimina una señal de +12 V, el amplificador se apaga y deja de consumir energía de la batería.

Etapas de entrada, secciones de amplificación y etapas de salida

Se muestran dos secciones que hacen posible un excelente audio para automóvil:la sección de amplificador y salida y las etapas de entrada. La placa de la etapa de entrada consta de muchos circuitos más pequeños para hacer cosas como proporcionar funciones de cruce, hacer posible el puente para obtener más potencia, proporcionar control de ganancia y bloquear el ruido del bucle de tierra. Las etapas del amplificador toman la señal de audio de la placa de la etapa de entrada, usan la salida de la fuente de alimentación y la potencian para crear una salida potente.

Etapas de entrada

Las etapas de entrada tienen una serie de trabajos a realizar:

Permita que el amplificador se conecte a estéreos sin conectores RCA (entradas de nivel de altavoz, donde se proporcionen)
Evite que el ruido del bucle de tierra entre en la ruta de la señal
Proporcionar funciones cruzadas
Permitir ajustar el nivel de ganancia del amplificador

Las etapas de entrada utilizan un componente electrónico extremadamente versátil llamado amplificador operacional (op amp). Los amplificadores operacionales son pequeños circuitos amplificadores integrados en chips en miniatura que se utilizan para todo tipo de funciones de audio.

Prevención de ruido

El ruido de bucle de tierra es un problema común y muy frustrante en la instalación de audio para automóviles. También llamado ruido del alternador , es un tipo de ruido eléctrico de bajo nivel en la ruta de la señal de audio que aparece como un terrible silbido que aumenta y disminuye con la velocidad del motor.

Este tipo de ruido se debe a las corrientes eléctricas que fluyen dentro de la carrocería de un vehículo y las conexiones de los componentes de audio. Cuando hay una diferencia de potencial eléctrico en 2 o más puntos del sistema, se crea una pequeña diferencia de voltaje que puede amplificarse. Esto aparece como un gemido agudo y molesto que puedes escuchar a través de tus parlantes.

Un diseño de filtro llamado amplificador diferencial El circuito se usa en el extremo frontal (lado de entrada) para bloquear y cancelar efectivamente este ruido antes de que pueda ingresar a las vías de la señal musical.

Cruces

Los cruces electrónicos ofrecen una forma de controlar el rango de frecuencia enviado a los altavoces del automóvil. Por ejemplo, cuando se activan los subwoofers, un filtro de paso bajo bloquea todo excepto los graves para brindar un excelente sonido de graves. Del mismo modo, puede evitar que los graves distorsionen los altavoces más pequeños, como los tweeters o los altavoces de las puertas, utilizando el cruce de paso alto.

Cuando se usan correctamente, los cruces le permiten obtener más volumen, proteger sus parlantes y brindar una mejor claridad de sonido. Para sistemas más avanzados, como los que usan altavoces de componentes, son especialmente útiles.

Los cruces electrónicos en amplificadores realizan la misma función que los cruces de parlantes pasivos pero sin los componentes voluminosos como los inductores y capacitores que requieren. También son fáciles de ajustar o encender/apagar con solo tocar un interruptor.

Ganancia del amplificador

Como su nombre lo indica, los amplificadores aumentan la señal de entrada de un estéreo. Debido a que no hay un voltaje de salida estándar utilizado por diferentes estéreos para automóviles, es necesario un ajuste de ganancia para obtener los mejores resultados, incluida la calidad del sonido, la potencia suficiente y la prevención de la distorsión llamada recorte.

El ajuste de ganancia del amplificador proporciona una forma de controlar el nivel de salida en función del nivel de la señal de entrada. Como algunos estéreos de automóviles tienen señales de salida más potentes, el control de ganancia se puede reducir para adaptarlo mejor al nivel y volumen de salida.

El nivel de ganancia afecta el headroom que es la cantidad de amplificación todavía disponible antes de alcanzar el límite. Todos los tipos, desde autos hasta estéreos domésticos e incluso equipos de DJ domésticos, a menudo incluyen un ajuste de ganancia.

También es una forma de reducir el ruido. Porque como todos los amplificadores agregan cierto nivel de ruido (como un "silbido" o similar) a sus salidas, reducir la ganancia también reduce el ruido producido y escuchado.

Secciones de amplificación y etapas de salida

Ilustración simplificada de las etapas de amplificación y la salida que utilizan la mayoría de los amplificadores para automóviles. Transistores de salida robustos capaces de manejar grandes cantidades de corriente están conectados a la fuente de alimentación conmutada y controlan el altavoz. Están controlados por algunos componentes más pequeños necesarios para dividir la señal de audio en mitades positivas y negativas necesarias para reproducir la señal musical.

Los amplificadores de potencia (como se ve en la imagen de arriba) tienen secciones principales dedicadas a modificar o manipular las señales de audio, así como a entregar más corriente y voltaje. The first sections contain small components like miniature transistors that divide the audio signal into two halves.

Next, after passing through the crossover filter and other stages, they’re directed to large high current transistors supplied with higher volts from the SMPS. The input signal is magnified to an identical but much larger waveform connect to the speaker outputs.

Car audio amplifier classes explained

The class listed by a car audio amplifier manufacturer is the type of technology used for the audio signal and to deliver power. Every audio amp uses a class A, class D, or class A/B design.

Class A: The most inefficient but provides audiophile quality sound. (Used in some past designs like from Rockford Fosgate)

Class A/B: Until recently the most popular because they offer reasonable cost and good sound quality. Class A/B amps work similar to class A but switch off when the signal reaches the zero voltage threshold, reducing power consumed slightly.
Class D: These amps are increasingly more common as they use newer technology to rapidly switch the power circuitry on and off, reducing waste and heat. Sometimes mistakenly called a “digital amplifier” although they don’t use digital technology for their basic functions.

Class D vs class A/B differences

Class A/B designs conduct, follow, and amplify the analog input signal most of the time, using some power even when nothing is being delivered to the speakers. This is because even when you’re not driving speakers some power is wasted as heat due to losses. That’s one reason this type gets fairly warm especially during hard use.

They have an efficiency somewhere around 65% meaning they draw about 35% higher amps from the battery than is delivered as power to speakers. This is wasted purely as heat!

By contrast, a class D amp uses pulse width modulation (PWM) technology that switches power components on only a portion of the time . Unlike class A/B amps they convert the input signal to square waves used to control the on/off timing. These are converted back to smooth audio signal waves before being delivered to speakers.

Class D amplifier models are about 85% efficient meaning they run cooler and can be much smaller than A/B designs. As they offer more power in less, they’re really common for very high power subwoofer amplifier (mono amp) models sold today.

Class A/B amps offer lower noise levels for less money, although today’s D models have caught up fairly well especially for brand name designs.

What are channels on an amp?

Channels are independent audio paths that are used to create a sound output from an amplifier. In stereo recordings, the left and right audio sources differ and provide left vs. right audio sound.

In car audio, left and right audio channels are separate outputs from a car stereo or an independent signal path with an amplified output. They’re used to give a fuller, more realistic sound when listening. Additionally, some stereos provide front and rear outputs pairs, although these are simply the same signals provided to drive an extra pair of speakers in the rear.

In many cases stereo amplifier channels can be “bridged.” This means that 2 channels can work together in a push-pull fashion to speakers with more power than one channel alone (usually about twice the power of a single speaker output).

Car audio amp connections, inputs, and controls

Most car amplifiers, whether expensive or budget-priced, are very similar in how they’re designed. Generally power connections are located on one end and audio inputs and controls are found on the other end.

In image above you can see adjustable crossover dials and the switches to enable them. The point after which sound frequencies are blocked, called the cutoff frequency , is adjustable by the user with a small dial in some cases. In other models, it’s a fixed setting operated with a switch and can’t be changed.

However, fixed crossover frequencies are normally set to the most commonly used values for convenience.

Power connections

Power and speaker connection terminals on a Pioneer GM-D9605 car amplifier.

Power connections are typically made using larger-gauge copper wire and connectors, often included in an amp wiring kit. RCA cables are used to connect the amplifier to the audio signal outputs of the head unit from which music is played.

Note that to bridge 2 channels on the amp and deliver more power as a single channel, they’re connected in a particular way. The bottom image above shows the polarity and wiring connections required. They’re marked as “Bridged” as you can see.

In bridged mode, one channel provides the positive speaker connection and the other provides the negative.

Speaker level inputs

A speaker level input wiring harness is shown. Speaker outputs from a factory stereo can be connected to the wiring then plugged into an amp to provide a signal when RCA jacks aren’t available.

Upgrading a factory installed car audio system can be challenging as RCA jacks aren’t usually available. In that case speaker-level (also called “high level”) inputs, if available, can be used to avoid buying additional parts.

These take the higher voltage speaker level signal directly from speaker wiring and reduce it to a smaller level the amplifier can use.

The other option is to use a speaker-level adapter to do the same thing.

How are car power amps installed?

A typical installation for a car amplifier. Large-gauge power wires are connected to the power terminals and fastened using screws. Speaker wiring is connected similarly. After installation, the sound system is tested and the amp’s gain control and crossovers are adjusted as needed.

In order to work properly, car amplifiers have to be installed with sufficient size and type of power wire. The most important reason for this is because a vehicle’s original wiring cannot handle the high-current demands of an amplifier.

For example, some may draw 50 to 80 amps or more or when driving subwoofers very hard. Factory wiring isn’t rated for these kinds of demands and a loss of voltage (and consequently, power) to the amplifier would occur. Therefore we route a large enough power cable to the battery and make sure a good, clean electrical connection is made.

A sufficiently rated fuse, held in a fuse holder, protects the positive power cable. If a problem like a short circuit occurs the fuse would blow and protect against causing a fire.

There are several wiring connections used on all car amplifiers:

A fused large-gauge power wire to the battery (+12V)
Negative connection to the “ground”:negative battery terminal or car’s metal body
Remote-on wire to switch the amp on and off with the stereo or ignition switch
Audio input signals:RCA cables or speaker-level inputs
Speaker wiring connections

Fortunately, this wiring is often easily found pre-packaged and ready for use by buying an amplifier wiring kit.

Car amplifier installation diagram

How are car amplifiers helpful?

Today’s amplifiers can power a whole car audio system with excellent sound quality and volume. Some are very compact and can be installed under a seat or even inside your dashboard! A good amplifier provides several times the power output of an average car stereo. Also, they’re much more clear and crisp sounding.

Car amplifiers have many benefits as well as being a necessity in some cases. Typical car stereos, even today, can only produce about 15 to 18 watts of power per channel at most.

At higher volumes and when attempting to drive speakers that need more power, the sound from a stereo becomes distorted and terrible. Driving speakers with higher volume is basically impossible with only a car stereo.

Car amps offer much better sound, especially for bass-heavy music. There are also some special situations where they’re the only option for upgrading the sound in a vehicle:

Factory stereo systems with no woofer
Factory-installed amplifiers that have died or are weak
The desire for powerful, clear sound when enjoying higher-quality music
Vehicle owners who want heavy volume
Boat and other outdoor vehicle owners (outdoor vehicles need extra power for better sound)

Additional benefits

As I mentioned earlier, many offer features like built-in crossovers that can prevent distortion and allow you to play speakers at higher volumes with enhanced clarity. Factory systems normally can’t do this and the sound will “break up” early when turned up to higher volumes.

Installing an aftermarket amplifier resolves this problem and allows more control over your audio system. Additionally, a system can easily be expanded to add a subwoofer for missing bass by either adding a 2nd amplifier or using 2 channels of a 4 channel amp to drive it.

2 channel vs 4 channel amps – what are the differences?

4 channel amplifiers are essentially a 2 channel amp with an additional stereo channel pair designed in. They offer several benefits:

You can drive front and rear speakers
Can drive front full-range speakers and use rear channels for a subwoofer
More compact than 2 separate stereo amps

Most 4 channel amplifiers today are bridgeable so they’re very flexible in how they can be used. However, be aware that a 2 or 4 channel amp normally requires a minimum of 4 ohms when bridged unlike stereo mode.