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Pr09. Altavoces autoamplificados (y más!)

Esta vez, pensando en los más perezosos, vamos a abordar un proyecto en el que apenas tenemos nada complicado para montar.
Aprovecharemos también para experimentar y sacar conclusiones de los experimentos realizados.

Empezaremos por presentar a nuestro invitado, una joyita que nos dará impresionantes resultados sonoros :-)


La tarjeta del amplificador que se muestra a la izquierda es un amplificador construido en torno al circuito integrado TPA3116D2, un chip que, con sus componentes adicionales, constituyen un amplificador digital estéreo de clase D con muy buenas características: pequeño, buen sonido, aceptable potencia, fácil de instalar y de alimentar...


Lo mejor de todo es que no tienes que montarlo. Lo puedes conseguir montado en Amazon por un precio de risa: menos de 12

Y... "lo más mejor", por ese precio te llevas 2 unidades. Síp, 2 amplis!

En la figura de la izquierda se muestra el conexionado típico para este amplificador.


El TPA3116D2, está lleno de buenas sorpresas.

- Se alimenta con un voltaje simple de 12 a 24V.
- Incorpora filtro "anti-pops" para evitar dañar los altavoces durante el encendido/apagado.
- Viene con múltiples protecciones: inversión de polaridad de la fuente, sobretensión o baja tensión, exceso de temperatura, cortocircuitos...


Datos del fabricante:

POTENCIA: 2 x 50W sobre 4 Ohms (a 21V)
BANDA PASANTE: de 20Hz a 22KHz
DIST. ARMÓNICA TOTAL: 0,1% (a 1/2 pot.)
RELACIÓN SEÑAL/RUIDO: <1%
EFICENCIA: >90%

   
  
 Primer experimento    

En una lata de chocolates tipo la que se ve en la imagen (es una idea) podemos acomodar la versión más simple de este ampli.
Hacemos las correspondientes perforaciones. Pintamos la lata del color que nos guste y, finalmente, colocamos la PCB del ampli, los conectores para los altavoces, el conector de entrada de alimentación y el LED con su resistencia de 1K  1/2W. Cableamos todo como se muestra.

No hay botón de encendido/apagado porque ya lo incorpora el ampli en el potenciómetro de volumen y es mejor operar con ese porque sino no funciona el "anti-pop" que trae incorporado.

En nuestros experimentos comprobamos que el ampli, tal y como viene, entrecortaba el sonido bastante a menudo. Decidimos aumentar la capacidad del filtro soldando (por debajo de la PCB) dos cables a las patas del condensador de la derecha y colocarle en paralelo un condensador de 6.800MF / 35V (seguramente con uno de valor más bajo, 4.700MF o así, también se apañaría) y se terminó el problema! ;-)

En este experimento, lo que hemos construido ha sido un amplificador "normal y corriente", independiente, al que hay que conectar sus respectivos altavoces (o cajas) para el canal izquierdo (L) y derecho (R), la alimentación externa y la señal de entrada (conector jack estéreo de 3,5mm.).

Para todas las variantes de este proyecto:
El cableado se hará como manda el canon: cable de audio apantallado (blindado) para toda la señal hasta la entrada de la tarjeta del ampli y cable normal (mejor de colores), de suficiente sección, para la alimentación y salida de altavoces.
Las resistencias, si no se especifíca lo contrario, pueden ser de 1/4 de vatio.
Los condensadores electrolíticos serán, como mínimo, de 35V.

   
  
 Monitores de estudio    

El ampli propuesto tiene unas buenas características para fabricar con él unos monitores de estudio para casa bastante aceptables.

Tanto si ya dispones de unas cajas pasivas medio en desuso como si prefieres fabricarlas nuevas, esta propuesta te parecerá interesante.

Los altavoces autoamplificados, aunque puedan parecernos algo un poco extraño, son lo mismo que hemos visto en el experimento anterior: un amplificador y unas cajas de altavoces. Con la diferencia de que, en este caso, el ampli va dentro de las propias cajas, integrado en ellas, y no como un elemento individual.

Esto lo podemos apreciar en la siguiente figura donde se muestran los diferentes elementos y el conexionado interno.

Como podemos ver, la configuración que tenemos es el montaje del ampli anterior dentro de una de las cajas el cual lleva un canal (en este caso, el izquierdo) conectado a los altavoces de esa caja y el otro canal (el derecho) cableado al conector de dicha caja. Por medio de ese conector se conectará la otra caja que contiene unicamente los altavoces.

Las cajas mostradas son de 2 vías, cada una con un altavoz de graves-medios y otro de medios-agudos.
Para separar las frecuencias que deben llegar a cada altavoz utilizan un filtro. Esto es lo típico en cajas de 2 vías... aunque, en ocasiones, dicho filtro está compuesto únicamente por un simple condensador.

Nuestro amplificador tiene unas características de sonido que lo hacen adecuado para fabricar monitores de estudio (home studio) ya que tiene suficiente potencia para este fin, es silencioso, tiene una buena respuesta en un amplio rango de frecuencias, su sonido es nítido y prácticamente sin coloración (que no destaca determinadas frecuencias).
Los graves son bastante contundentes, los agudos limpios y pasa muy bien las frecuencias medias. Esto quiere decir que lo que escuchamos se va a parecer bastante al original y eso es lo que buscan los buenos monitores de estudio.

Claro, de poco servirá tener un buen ampli si los altavoces no están a su altura. Pruebalo con unos buenos altavoces y sabrás de lo que estoy hablando ;-)

 

Como en este montaje el ampli no va montado dentro de una lata, como el anterior, tendremos que hacer un diseño con una estructura que lo soporte todo y, a la vez, que sean accesibles desde el exterior los controles necesarios. Esta es una propuesta:

Se ha utilizado una lámina metálica en forma de "L" y otra plana para el frontal (esta puede ser de plástico).
En la "L" se asienta el ampli, sujeto con separadores. Ambas láminas se sujetan entre si por medio del potenciómetro de volumen y del conector de alimentación (power), formando así un conjunto suficientemente rígido. Finalmente, todo el módulo se atornilla firmemente al hueco cortado en la madera de la caja.

Las láminas empleadas deberán ser consistentes pero no demasiado gruesas porque la longitud del roscado del potenciómetro y el conector de power tiene unos límites no muy holgados y deberán servir para unir ambas firmemente como se ha comentado.

Una vez finalizado el montaje y todo el cableado, sólo queda conectar la alimentación exterior, el jack de entrada con la señal, girar el pote de volumen hacia la derecha para encender y dar volumen... y a disfrutarrrrrrrrrrrrrrrrrr!!!!! :-))


En el PDF que se adjunta tienes todo el diseño a tamaño real.  Descargar PDF.

 

   
  
 Experimento final    


Nuestro deseo era el poder amplificar un par de columnas Pioneer de los años 90 para utilizarlas como monitores de estudio. Como no queríamos alterarlas nos decidimos por construir un amplificador independiente en nuestra lata de chocolates, con la ventaja de que podíamos disponer de más espacio y, además, si queríamos cambiar de altavoces (o hacer pruebas/comparaciones con otros), esta configuración nos lo permitía.

Como dicho equipo se quería utilizar también para escuchar música de todo tipo se le ha añadido una placa de control de tonos (graves y agudos) y un control de balance (muy útil para hacer pruebas y comparaciones con altavoces). Esto se decidió así porque el ampli a pelo suena muy neutro y, al menos para mi gusto, para escuchar música echaba de menos un poco más de chicha en los bajos y agudos. Con las Pioneer utilizadas le va bien ese pequeño realce en la parte inferior y superior de la banda de frecuencias de audio sonando más consistente y dulce la música reproducida.

Diseñamos la PCB con un circuito de control de tonos activo muy sutil. Los graves solo actúan en la parte más baja del espectro (de los 200Hz para abajo) y los agudos en la parte más alta (de los 3KHz para arriba), de esta manera las frecuencias medias apenas sufren alteración con las variaciones de los potes de graves y agudos, manteniéndose presentes en todo momento.

El esquema (sólo un canal):

El montaje de la PCB para el control de tonos y balance:

 La PCB para el montaje:

 PDF con las medidas reales del control de tonos y balance.  Descargar PDF.

 
Bueno, esta es la opción que nosotros hemos escogido pero también hay alternativas para perezosos ;-)

El control de tonos se podría comprar ya hecho. Aunque no hemos experimentado con ello, lo que seguramente ocurrirá con esa opción es que el control de la tonalidad no funcione de forma tan sutil y selectiva como el nuestro y quizás sea un control más "a lo bruto", con un realce/atenuación de los graves y agudos más amplio en frecuencias (?).

Existen controles de tono activos y pasivos.
Los pasivos no llevan amplificación y provocan una cierta atenuación de la señal de entrada, lo cual puede ser un problema si esta anda bastante justa. No necesitan alimentación para funcionar.
Los controles activos amplifican la señal con transistores (como el nuestro) o circuitos integrados con lo cual no hay pérdida de señal. Necesitan, por tanto, alimentación y, para nuestro caso, una alimentación que sea compatible: alimentación SIMPLE de entre 12 y 24V.

Abajo, algunas opciones aparentemente viables (repito: no hemos experimentado con ellas!).

CONTROL DE TONOS ACTIVO

Control de Graves, Agudos y Volumen.

Alimentación: SIMPLE, de 9 a 30V.

 

CONTROL DE TONOS PASIVO

Control de Graves, Agudos y Volumen.

Alimentación: NO NECESITA.

 


   
  
 El resultado    


Aquí tenemos varias vistas del resultado:
Arriba, el ampli enlatado tirando de las Pioneer como un campeón :-)
En el medio, una vista de cerca del ampli y su lata pintada de "rojo bonito".
Abajo, una vista de las tripas.

Se puede apreciar que se han hecho pequeñas modificaciones respecto del diseño inicial:
El LED se ha cambiado de sitio en el frontal de la caja y se alimentado directamente desde la placa de control de tonos.
Se ha añadido una segunda entrada trasera, esto permite tener conectada otra entrada más o (nuestro caso) para sacar una copia de la señal de entrada para aplicársela a unos pequeños altavoces autoamplificados de escritorio. Este conector simplemente va conectado en paralelo con el primero. Cualquiera de los dos se puede utilizar como entrada/salida.
El conector de entrada de alimentación va a la izquierda y no a la derecha de los conectores de entrada. Un fallo de cálculo al hacer los taladros... gajes del oficio! ;-)
Se ha usado un trozo de PCB para soldar el condensador de 6.800MF en vez de pegarlo a la caja, de esta manera queda más seguro y cómoda la cosa para soldar los cables. Además hace de punto de masa con la caja

Ha sido un magnifico pasatiempo teniendo en cuenta de que hemos fabricado un ampli bastante resultón, que suena de maravilla, silencioso, limpio, contundente y muy económico. Cumple perfectamente con las 3Bs: Bueno, Bonito y Barato :-)))

Te animo a montarlo... no te defraudará!
.

 

   
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 Algo más?    

Sip... algo más :-)

Nos falta hablar de la alimentación necesaria para que funcione nuestro ampli.
La tensión recomenda se situa entre 12V y 24V. Para entregar más potencia necesita más voltaje y se calentará más el chip.

Hemos probado con una fuente de alimentación normal y corriente, de 3A, a 12V y a 24V. Con ambas tensiones el ampli trabaja muy bien (con el condensador añadido de 6.800MF, claro).
Con 12V da caña sobrada para utilizarlo como monitor de estudio o como ampli para escuchar música en una habitación de unos 16m (si no pretendes montar una discoteca!)... y prácticamente ni se calienta, lo cual es muy positivo para prolongar su vida útil. Para estas aplicaciones recomiendo usar una alimentación de 12V y de 3A (o más).

Para el montaje definitivo le hemos puesto una fuente de alimentación conmutada de 12V / 5A porque es más pequeña y mas silenciosa. El ampli está encantado con esa alimentación :-)

Es esta:  

 

Alimentador 12V / 5A

 

 

Ahora, por si queréis seguir experimentando, os propongo algunas alternativas (con las que NO hemos experimentado):

   

Tarjeta con doble TPA3116D2

2 canales de 120W

 

Por si quieres más potencia aún.
Tiene buena pinta! :-)

 

   

Tarjeta con TPA3116D2 + Control de tonos (1)

2 canales de 80W (dicen) + Tonos: G, M, A y Vol.

 

Creo que no dará más de 50W, como el del proyecto.
Además no veo bobinas de protección por ningún lado.
Quizás no funcione tan bien como el que usamos (?)

 

   

Tarjeta con TPA3116D2 + Control de tonos (2)

2 canales de 80W (dicen) + Tonos: G, A y Vol.

 

Creo que no dará más de 50W, como el del proyecto.
Además no veo bobinas de protección por ningún lado.
Quizás no funcione tan bien como el que usamos (?)

 


Todos estos amplis utilizan la misma alimentación que el del proyecto: SIMPLE de entre 12V y 24V ya que utilizan el mismo chip.
El primero, de 120W, lógicamente tendrá un mayor consumo por ser de mayor potencia... lleva dos chips en vez de uno.

Destacar que, este tipo de amplificadores suelen tener una BANDA DE PASO DE FRECUENCIAS muy ancha y una DISTORSIÓN ARMÓNICA bastante baja y eso quiere decir que ofrecen una alta fidelidad de sonido. Sin embargo, si se les hace operar por encima del 80% (más o menos) de su potencia máxima, dicha distorsión se incrementa significativamente pudiendo llegar a alcanzar fácilmente el 10%, lo que ya no supone tan buena fidelidad.
Su EFICIENCIA es muy buena, por encima del 90%. Esto quiere decir que casi toda la energía que consumen de la fuente la invierten en dar potencia a los altavoces con poco desperdicio de energía en forma de calor, por eso apenas se calientan y no necesitan ventiladores ni radiadores enormes como ocurre con otros tipos de amplificadores.


Bueno... pues esto ha sido todo por el momento.
Ah, sí... dejar claro que no tenemos ningún tipo de comisión con Amazon, es sólo una referencia. En AliExpress y similares seguramente encontraréis estos mismos productos y posiblemente a mejor precio, pero mejor revisad bien que sean idénticos y no meros parecidos.

Espero que os resulte útil toda esta información y, si tenéis alguna duda, propuesta, etc. ya sabéis de nuestro foro de proyectos, ¿verdad? ;-)

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