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.

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 capacitares 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).