Comprensión de las especificaciones:respuesta de frecuencia del amplificador de audio para automóvil

Como siguiente tema de nuestra serie que explica las especificaciones del amplificador, veremos la información de respuesta de frecuencia que proporcionan los fabricantes y explicaremos cómo para interpretar esta información. En la declaración más simple, la especificación de respuesta de frecuencia le informará sobre los límites de baja y alta frecuencia del amplificador en función de su diseño. Al igual que con todas las especificaciones que hemos visto, la información proporcionada es tan reveladora como la información que puede faltar en la página de especificaciones. Entremos y echemos un vistazo.

Comprensión de las especificaciones de respuesta de frecuencia del amplificador

Echemos un vistazo a un buen amplificador con una especificación de 4 Hz a 50 kHz. En este ejemplo particular, no se proporciona tolerancia, por lo que no sabemos si esos límites de baja y alta frecuencia representan una tolerancia de 1dB o 3dB. Encendamos el amplificador y veamos qué podemos averiguar.

Conectado a nuestra interfaz digital y banco de resistencias de carga, el amplificador muestra una respuesta de frecuencia de -1 dB de 8,21 Hz en el extremo inferior y 48,7 kHz en la parte superior. Permitiendo una tolerancia de 3 dB, la medición es de 4,36 Hz en la parte inferior y por encima del límite de medición de 96 kHz de mi equipo en la parte superior.

En resumen, esta información nos dice que este amplificador no afectará drásticamente la respuesta de su sistema de audio en ninguna parte del espectro audible y mucho más allá.

Los altavoces no son resistencias

Varios factores gobiernan la respuesta de frecuencia de un amplificador. Fuera de una discusión sobre el diseño del circuito y los componentes utilizados para el amplificador, lo que la mayoría de la gente se da cuenta es que el sistema de altavoces al que conecta su amplificador puede afectar su rendimiento. En el laboratorio, usamos cargas resistivas. En el mundo real, los altavoces agregan un nivel de reactancia inductiva que se opone al flujo de corriente alterna y afecta la respuesta de frecuencia. Cuando agrega una red de cruce pasivo, la carga ahora incluye reactancia capacitiva. En última instancia, incluso en una red de cruce pasiva bidireccional simple, la carga que ve el amplificador varía mucho según la frecuencia.

Me puse en contacto con John Atkinson, editor de la revista Stereophile, y le pedí permiso para recrear su red de simulación de altavoces reactivos. Su uso de una carga reactiva para la prueba de respuesta del amplificador fue el resultado de un artículo de la Sociedad de ingeniería de audio de Eric Benjamin titulado "Amplificadores de potencia de audio para cargas de altavoces". Atkinson consultó con Ken Kantor de NHT e International Jensen sobre la red pasiva y el resultado fue una versión de la red que se ve a continuación.

El propósito de esta red es presentar diferentes impedancias al amplificador a diferentes frecuencias para evaluar su desempeño. La red replica lo que vería un amplificador al alimentar un altavoz de estantería de dos vías con una caja sellada con una impedancia nominal de 8 ohmios. Creé esta red con la ayuda de Frank Fabian en The Speaker Shop en Toronto. Su tienda tiene una impresionante oferta de condensadores, resistencias e inductores en stock. Si tiene un altavoz doméstico que necesita reparación o reconocimiento, ¡él es el hombre con quien hablar!

Respuesta del amplificador en cargas reactivas

El siguiente paso fue repetir la medición de la respuesta de frecuencia de nuestro amplificador de referencia usando una carga de 4 ohmios, una carga de 2 ohmios y nuestra carga reactiva para demostrar cuánto efecto hay en la respuesta.

Como puede ver, hay un pequeño cambio en la respuesta de alta frecuencia de este amplificador dependiendo de la impedancia de la carga. El amplificador incluye algunos estranguladores de filtro en las salidas como parte de su diseño de fuente de alimentación de voltaje variable. La diferencia entre los 4 ohmios y la traza reactiva es de 0,85 dB a 20 kHz.

¿Qué pasa con los amplificadores económicos?

Nuestro amplificador de referencia es precisamente eso:un amplificador de alta calidad que suena increíble. Entonces, ¿qué sucede cuando realiza estas mismas pruebas en un amplificador económico? ¡Miremos y veamos!

Nuestro amplificador económico hace un buen trabajo con las cargas resistivas, reduciéndose en 1dB alrededor de 16kHz en la parte superior y por debajo de los 10 Hz en la parte inferior. El trazo rojo muestra que hay cierto énfasis entre 2 y 3 kHz causado por las características inductivas de la red de filtro pasivo. ¿Sería audible ese énfasis? Eso dependería de tu nivel de obsesión. Puede escuchar la diferencia de algunas décimas de dB al ajustar un ecualizador.

¿Qué hay de nuestros amigos amplificadores de clase D?

Como mencionamos, los pequeños filtros en la salida de nuestro buen amplificador dieron como resultado un cambio medible en la respuesta de frecuencia entre las cargas variables. ¿Qué sucede cuando medimos un amplificador Clase-D que usa filtros grandes en las salidas?

Aquí podemos ver que hay un aumento de medio dB alrededor de 3 kHz y más de 2 dB de salida adicional a 20 kHz en comparación con el nivel de referencia de 1 kHz. Compared to a purely resistive load, the bump at 20 kHz is 3.5 dB more than a 4-ohm resistive load and about 7 dB louder than 2 ohms. If you’ve ever wondered why Class-D amplifiers sound different than a high-quality Class-AB, this is one of the reasons.

Working with Frequency Response Specifications

For most applications, you can ignore the frequency response measurements of the amplifiers you choose. The majority will be adequately flat from 20 Hz to 20 kHz. If you plan on driving a low-impedance load (low-impedance drivers or many drivers wired in parallel), the added impedance will dramatically reduce the high-frequency performance of a Class-D amp.

If you are planning on building an audio system that is truly high-resolution audio-ready, and capable of playing audio signals beyond 20 kHz, you are going to need to do some homework. Odds are, you’ll want a Class-AB amp for the tweeters, at the very least.

Finally, designing an audio system that uses active filtering will help reduce the variations in impedance caused by passive crossovers.

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