11.9 Ecualizadores de Audio

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Otra gama de circuitos que caen bajo el rubro de filtros son los ecualizadores. En realidad, los ecualizadores son una clase de filtros ajustables que pueden producir ganancia así como atenuación. Quizás los usos más comunes de los ecualizadores son en las áreas de audio, música y comunicaciones. Como su nombre indica, se utilizan ecualizadores para ajustar o equilibrar el espectro de frecuencias de entrada. Los ecualizadores van desde tipos complejos de 1/3 octava y paramétricos para su uso en estudios de grabación y grandes sistemas de megafonía, hasta los controles de graves y agudos más simples que se encuentran en prácticamente todos los estéreos domésticos y de automóviles. Muchos de los ecualizadores más complejos se basan en extensiones del filtro variable de estado. Por otro lado, algunos ecualizadores son poco más que amplificadores modificados. Echaremos un vistazo a los controles muy comunes de graves y agudos, que ajustan las frecuencias de audio bajas y altas, respectivamente. El propósito de los controles de graves y agudos es permitir al oyente algún control del balance de tonos altos y bajos. Se pueden utilizar para ayudar a compensar las deficiencias acústicas de un altavoz, o tal vez únicamente para compensar el gusto personal. A diferencia de los filtros previamente examinados, estos controles serán manipulados por el usuario y deben proporcionar aumento de señal así como corte. En la Figura se muestra una curva de respuesta típica\(\PageIndex{1}\). Normalmente, los circuitos de graves y agudos se realizan con amplificadores inversores paralelo-paralelo. En esencia, la red de retroalimentación cambiará con frecuencia.

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Figura\(\PageIndex{1}\): Respuesta del ecualizador general de bajos/agudos.

Un simple control de graves se muestra en la Figura\(\PageIndex{2}\). Para entender cómo funciona este circuito, veamos qué sucede a frecuencias muy bajas y muy altas. En primer lugar, a frecuencias muy altas, el condensador\(C\) está idealmente cortocircuitado. Así, el ajuste del potenciómetro\(R_b\) es intrascendente. En este caso, la magnitud de ganancia del amplificador se fijará en\(R_c/R_a\). Normalmente,\(R_c\) es igual a\(R_a\), por lo que la ganancia es la unidad. A frecuencias muy bajas sucede exactamente lo contrario; el condensador se ve como un circuito abierto. Bajo esta condición la ganancia del amplificador depende de la configuración del potenciómetro\(R_b\). Si el limpiaparabrisas está ajustado a la extrema derecha, la ganancia se vuelve\(R_c/(R_a+R_b)\). Si el limpiaparabrisas se mueve hacia el extremo izquierdo, la ganancia se vuelve\((R_c+R_b)/R_a\). Si\(R_b\) se establece en nueve veces\(R_a\), el rango de ganancia total variará de 0.1 a 10 (−20 dB a +20 dB). Se puede usar una disposición similar para ajustar el rango de agudos.

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Figura\(\PageIndex{2}\): Sección de bajos simple.

Cuando se combinan los controles de graves y agudos, la carga de componentes hace que el circuito sea algo más difícil de diseñar. Sin embargo, los modelos básicos ya han sido derivados por varias fuentes, incluida la que se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\).

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Figura\(\PageIndex{3}\): Ecualizador de bajos/agudos.

Se utilizan las siguientes ecuaciones para diseñar el ecualizador deseado. (Consulte la Figura\(\PageIndex{4}\).)

Sección de graves (asume\(R_2 \gg R_1\)):

\[f_l = \frac{1}{2\pi R_2C_1} \\ f_{lb} = \frac{1}{2\pi R_1C_1} \\ A_{vb} = 1+ \frac{R_2}{R_1} \nonumber \]

Sección de agudos (asume\(R_4 \gg R_1 + R_3 + 2R_5\)):

\[f_h = \frac{1}{2\pi R_3C_3} \\ f_{hb} = \frac{1}{2\pi (R_1 + R_3 + 2R_5) C_3} \\ A_{vt} = 1+ \frac{R_1 + 2R_5}{R_3} \nonumber \]

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Figura\(\PageIndex{4}\): Respuesta del ecualizador de bajos/agudos.

En la actualidad, es muy común diseñar este tipo de circuitos empíricamente. Es decir, las ecuaciones dadas se utilizan como punto de partida, y luego se ajustan los valores de los componentes en el laboratorio hasta obtener el rango de respuesta deseado. Circuitos como este pueden ser alterados aún más para incluir un control de rango medio. Generalmente, se considera que tres ajustes son los máximos para este tipo de circuitos. Un ejemplo de un ecualizador bajos-medio-agudos se muestra en el esquema para el amplificador Pocket Rocket en el Capítulo Seis.

Simulación por computadora Un ecualizador de bajos simple se simula en la Figura\(\PageIndex{5}\). El corte y refuerzo máximos se establece en un factor de aproximadamente 10, o 20 dB.

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Figura\(\PageIndex{5a}\): Ecualizador de graves en Multisim.

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Figura\(\PageIndex{5b}\): Ganancia de respuesta al corte completo.

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Figura\(\PageIndex{5c}\): Ganar respuesta en el impulso completo.

Para graficar las curvas de respuesta, se realizan dos series de análisis AC: la primera con el potenciómetro al máximo y la segunda al mínimo. Las dos curvas se trazan desde 10 Hz hasta 10 kHz. Estas curvas son esencialmente imágenes especulares. En ambos casos la respuesta por encima de 1 kHz es suave y razonablemente plana. La transición a la región de corte/refuerzo ocurre en el rango de 100 Hz a 1 kHz, con una acción casi completa por 40 Hz. Si la gráfica se vuelve a ejecutar con el potenciómetro en alguna otra posición (digamos, 25 por ciento de rotación), se trazará alguna curva suave y escalada dentro de estos dos extremos. Si el potenciómetro se establece en el punto medio, la respuesta será plana en todo el rango.