Adaptación de Impedancias

En los primeros tiempos de los sistemas de música de alta fidelidad, era crucial prestar atención a la adaptación de impedancia de los dispositivos, ya que los altavoces estaban alimentados por transformadores de salida y por otro lado la potencia de entrada desde los micrófonos a los preamplificadores, era algo que tenía que optimizarse. Los circuitos integrados de estado sólido de los amplificadores modernos, han eliminado en gran parte ese problema, por lo que esta sección sólo pretende establecer un poco de perspectiva acerca de cuándo la adaptación de impedancia es una preocupación válida.

Como regla general, la máxima transferencia de potencia desde un dispositivo activo como un amplificador o controlador de antena, a un dispositivo externo, se produce cuando la impedancia del dispositivo externo coincide con el de la fuente. Esa potencia óptima es el 50% de la potencia total, cuando la impedancia del amplificador se corresponde con el del altavoz. Una adaptación de impedancia inadecuada puede conducir a un uso excesivo de potencia, distorsión y problemas de ruido. Los problemas más graves se producen cuando la impedancia de la carga es demasiado baja, lo cual, requiere demasiada potencia desde el dispositivo activo para alimentar la carga a niveles aceptables. Por otro lado, la consideración principal para un circuito de reproducción de audio es la reproducción de alta fidelidad de la señal, y esto no requiere una transferencia de potencia óptima.

En la electrónica moderna, los circuitos integrados de amplificadores tienen a su disposición, cientos de miles de elementos de transistores activos, que con el uso creativo apropiado de la realimentación, pueden hacer que el rendimiento del amplificador sea casi independiente de las impedancias de los dispositivos de entrada y salida, dentro de una gama razonable.

El amplificador se puede fabricar en el lado de la entrada, para tener una impedancia de entrada casi arbitrariamente alta, por lo que en la práctica, un micrófono ve una impedancia considerablemente mayor que su propia impedancia. A pesar de que esto no optimiza la transferencia de potencia desde el micrófono, no es un gran problema, ya que el amplificador puede tomar el voltaje de entrada y convertirlo en un voltaje mayor -el término actualmente usado es el de "puenteo" a una imagen más grande del patrón del voltaje de entrada-.

En el lado de salida, un altavoz puede todavía tener una impedancia nominal de algo así como 8 ohmios, que antes habría requerido tener una etapa de salida del amplificador compatible con la suya de 8 ohmios. Pero ahora con la circuitería de salida activa de los amplificadores de audio, la impedancia de salida eficaz puede ser muy baja. La circuitería activa controla la tensión de salida al altavoz de manera que se entrega la potencia adecuada.

Adaptación de Amplificador a Altavoz

La máxima transferencia de potencia desde un dispositivo activo como un amplificador a un dispositivo externo como un altavoz, ocurre cuando la impedancia del dispositivo externo coincide con el de la fuente. Esa potencia óptima es el 50% del total de potencia cuando la impedancia del amplificador coincide con la del altavoz.

Pero los amplificadores de audio modernos son dispositivos de control activos, y la adaptación de impedancias del amplificador al altavoz, ya no se considera que sea una buena práctica.

Pero sin embargo pueden ser instructiva como referencia, las implicaciones del modelo simplificado para las salidas de amplificador resistivos. Por ejemplo, supongamos que el máximo voltaje sin distorsión del amplificador es de 40 voltios:

Para subrayar la simplificación involucrada en el modelo de arriba, debe señalarse que el altavoz no es una simple resistencia -contiene una bobina o bobinas con una inductancia significativa, y está compuesto típicamente de dos o tres altavoces con una red de cruce que tiene capacidad e inductancia. De modo que la impedancia del altavoz inevitablemente variará con la frecuencia.

Tenga en cuenta que es más seguro en términos de potencia total ir a altavoces de mayores impedancias (altavoces en serie), pero la práctica más habitual es colocar los altavoces en paralelo, reduciendo la impedancia.

Adaptación del Micrófono a la Entrada

Aunque la adaptación de la impedancia de un micrófono a un amplificador de audio no es el problema que era en los primeros dias de la reproducción del sonido de alta fidelidad, todavía se aplican algunas consideraciones.

En términos prácticos, el micrófono moderno necesita entregar un voltaje óptimo al preamplificador, y no necesariamente la potencia óptima que requeriría una adaptación de impedancias. Considerando al micrófono como una fuente de voltaje, la tensión suministrada a la entrada del preamplificador está dada por

donde V_source es la señal generada por el mecanismo del micrófono, R_i la impedancia del micrófono y R_L la impedancia de entrada del preamplificador. La potencia de la señal real entregada al preamplificador puede ser expresada en decibelios de pérdida, en comparación con la señal generada por el micrófono. Suponiendo un circuito resistivo de modo que si la potencia es proporcional al cuadrado del voltaje:

Mientras el micrófono tenga suficiente potencia de señal para proporcionar la entrada mínima de señal a la mezcladora, puede ser una ventaja conectar un micrófono de baja impedancia a una impedancia de entrada moderadamente mas alta. Desde este punto de vista, la práctica actual de entradas de "baja impedancia" a mezcladores de audio, suelen ser impedancias desde 1000 a 2000 ohmios, de acuerdo con el sitio web de Shure Pro Audio. Comentan que como regla general es aceptable una pérdida de señal de 6 dB.