Slew rate

Consideremos el siguiente ejemplo. La señal de entrada sufre un cambio inmediato de nivel. El power amp deberá reproducir este aumento de señal, aunque a un voltaje mucho mayor, pues está amplificando la señal. Debido a las limitaciones físicas de la circuitería analógica, le tomará cierto tiempo al amplificador para alcanzar el voltaje necesario, por lo que el cambio no será inmediato, como en la señal de entrada. 

El ritmo al que el amplificador puede realizar estos cambios de amplitud se da en voltios por microsegundo y se denomina slew rate. En otras palabras, el slew rate indica cuántos voltios puede cambiar la señal producida por el power amp, en un microsegundo.

Figura 12.10. Slew rate

El slew rate afectará, entonces, la capacidad del amplificador de responder a transientes rápidas en el sonido. Este efecto se acentúa cuando el amplificador opera a niveles más altos. Veamos un ejemplo. Un amplificador con un slew rate específico tomará cierto tiempo para responder al cambio de amplitud en la señal de entrada, y llegar al nivel correspondiente. Si el slew rate se mantiene constante, pero la ganancia aplicada por el power amp ahora es mayor, le tomará más tiempo a este subir hasta el nivel requerido.

Figura 12.11. Efecto del nivel de operación en la respuesta de transientes

Por lo tanto, cuanto mayor sea la potencia del power amp, mayor deberá ser su slew rate, es decir, el ritmo al que puede realizar los cambios de nivel. Como punto de partida, podemos decir que los amplificadores con una potencia por debajo de 100 watts deberían tener un slew rate de 10 voltios por microsegundo o más. Por su parte, los power amps por encima de 200 watts deberían tener un slew rate mayor a 30 voltios por microsegundo.

Damping factor

Los parlantes electrodinámicos y los micrófonos dinámicos utilizan el mismo mecanismo de inducción electromagnética para su funcionamiento, únicamente en dirección opuesta. El micrófono utiliza la presión acústica para producir movimiento en una bobina e inducir corriente. El parlante utiliza corriente para producir movimiento en la bobina y luego, presión acústica.

Luego que la señal eléctrica deja de llegar al parlante, la bobina seguirá en movimiento, de conformidad con la primera ley de Newton. Por lo tanto, el parlante creará ondas de sonido que no estaban presentes en la señal original. Esto se denomina “ringing” o “time smearing”.

El damping factor, o factor de amortiguación, equivale a la relación entre la impedancia del load, es decir el parlante, y la impedancia de salida del power amp. Cuanto más baja sea la impedancia de salida del power amp, mayor será el damping factor, evitando la problemática discutida anteriormente. Se considera que los valores por encima de 1000 son altos. Nótese que, al depender de la impedancia, el damping factor también varía con la frecuencia.

Cabe mencionar que el uso de cables delgados o de baja calidad puede afectar negativamente el damping factor. Cuanto más grueso sea el cable, más amortiguación será posible.

¿Cómo funciona en realidad el damping factor? Cuando la bobina del parlante sigue moviéndose dentro del campo magnético del imán, se inducirá una corriente que fluirá de vuelta al power amp, denominada back electromotive force, back EMF, o fuerza contra electromotriz. Luego, la corriente regresará al parlante, con la polaridad invertida, por lo que “neutralizará” el movimiento excesivo del parlante. Cuanto más baja sea la impedancia de salida del amplificador, mayor será el efecto de la back EMF, ya que esta podrá fluir más fácilmente.

Impedancia

Todo power amp tiene una impedancia de entrada y de salida. La impedancia de entrada del power amp es la cantidad de loading o carga que representa el power amp para el dispositivo que le antecede en el flujo de señal, generalmente un crossover. Nótese que nos referimos a la carga en términos de impedancia, no carga eléctrica. Típicamente, la impedancia de entrada de los power amps es igual o mayor a 10 kilo ohms. 

Cuanto mayor sea la impedancia de entrada del power amp, menor será la pérdida de voltaje, sin importar cuánto sea la impedancia de salida del dispositivo previo. Si bien una impedancia de entrada mayor producirá un menor flujo de corriente, el voltaje se preserva de mejor manera. 

Por su parte, la impedancia de salida del power amp debería ser lo más baja posible, de manera que el voltaje de la señal cambie lo menos posible, sin importar cuánta corriente sea consumida por el load. Recordemos que la corriente es igual al voltaje entre la impedancia, y esta última varía según la frecuencia. Por lo tanto, la corriente que fluye hacia el load variará según la frecuencia. Cuando la impedancia de salida del power amp tiende a cero, el voltaje se mantendrá relativamente constante, sin importar cómo varíe la corriente. Asimismo, una impedancia de salida más baja permite un damping factor mayor.