Para entender la relación entre impedancia de salida y resistencia de trabajo

[samfer]

Esto que voy a explicar no es un tratado de electrónica, pues no soy ni profesional ni técnico solo un aficionado.
Por lo que se inscribe en una simple opinión basada en lecturas y experiencias de muchos años, que expresa mi forma de entender el tema. Lo que me lleva a rogar indulgencia con las posibles inexactitudes y errores. Si un experto considera oportuno enmendarme, por favor que lo haga.
Gracias.
Fernando M. S.


-Para entender la relación entre impedancia de salida y resistencia de trabajo.
Amperios por Voltios igual a Watios (VATIOS). Lo que nos da potencia.

    -Para que esta potencia haga un trabajo tenemos que canalizarla hacia una carga, como un auricular, el problema es que el ampli tiene una resistencia propia que no deja salir esa potencia, esta sería la impedancia de salida, que está en paralelo con la carga de trabajo. Si en vez de carga de trabajo conectamos dos cables a la salida del amplificador y juntamos los dos extremos sin interponer ninguna carga, ¿Que pasará?. En teoría un cortocircuito, pero en el caso de que la impedancia de salida sea superior a cero, dicha descarga no sera del todo instantánea. Dicho  de otra forma, la impedancia de salida "ralentiza" la "explosión" de toda la potencia del ampli en forma de descarga súbita.
Esto nos permite comprender que si conectamos cualquier carga relativamente alta en la salida, como un altavoz, este recibirá de forma progresiva, es decir no instantáneamente, si no, con cierta "velocidad" "ralentizada", toda la potencia ("explosión") que sea capaz de desplegar el citado ampli y durante el tiempo que queramos mientras el ampli esté enchufado a la red o hasta que aguante la batería.

    -Antes de seguir aclarar que me he permitido ciertas licencias explicativas, entre ellas la de asimilar "explosión" con potencia y "velocidad" con amperios o intensidad.  Naturalmente en el caso del audio que es lo que nos ocupa estaríamos, además, hablando de corrientes alternas o mejor dicho variables, pero que en los cálculos se asimila a alterna. Y esto en vez de facilitar complica el tema, ya que tanto la impedancia de salida como la carga de trabajo pueden no ser constantes con la frecuencia de variación. Y también que el amplificador "ve" las dos cargas, la de salida y la de trabajo, como una sola aunque en realidad son independientes y cada una reacciona de manera diferente.
    -Por lo de antes podemos ver que la "velocidad" con que se descarga la "explosión" de potencia  dependerá de la magnitud de la carga conectada, a mayor carga, menor "velocidad" y a menor carga, mayor "velocidad". Si tenemos una capacidad de potencia limitada por la fuente y esta es producto de la tensión por la intensidad, si cambia un factor también cambiará a la inversa el otro para mantener constante la potencia (los voltios proporcionados por la fuente de energía se convierten en amperios a medida que la carga de trabajo va bajando y viceversa cuando la carga sube, el limite estará en el voltaje máximo que pueda suministrar).

    -Se podría decir que en un circuito real  es parecido a la suspensión de un coche o moto. Se trata de que el amplificador hace variar la tensión  en función de las posibles variaciones de la carga, variando por consiguiente también la intensidad, lo mismo que la suspensión de un coche o moto intenta hacer que la rueda (tensión, intensidad ) siga las variaciones del suelo, impulsando la rueda hacia la superficie del suelo y que se mantenga todo lo posible en contacto, pero como todos vemos en imágenes de formula uno y en las motos, en algunos momentos el sistema de suspensión no logra este contacto pleno. Y los amplis a veces tampoco. Es este desfase el que termina provocando variaciones importantes de potencia, al igual que el ejemplo de la suspensión en cuyo caso también se produce una perdida de transmisión de potencia al asfalto y por consiguiente se reduce el rendimiento.

    -¿Porque ocurre esto?. Siguiendo con la analogía de la suspensión, cuando la rueda se separa del suelo, el sistema la impulsa de nuevo hacia abajo, pero en determinadas circunstancias este impulso propio puede provocar que la rueda rebote del suelo en vez de quedarse fija en él. Pues algo parecido pasa con la electrónica, es algo mas complejo de entender pero también podemos decir que es una especie de "rebote" de la corriente que circula por el circuito, que partiendo del ampli pasa a las sucesivas cargas, donde por corriente inducida se produce lo que podríamos llamar una "contracorriente".

    -La explicación es que la "contracorriente" la produce solo la carga de trabajo y no la carga de salida del ampli. Ello se debe a la corriente inducida por el movimiento de la bobina del altavoz en el entre-hierro, dicho fenómeno es como un motor a la inversa (una dinamo), cuando esto pasa la resistencia nominal afectada es la de salida del amplificador, que hace que desde dentro, el ampli "vea" esta "contracorriente" como un aumento de la impedancia sin serlo y por ello tiende a disminuir la intensidad  y aumentar el voltaje cuando no tiene por que hacerlo.
(Si el amplificador tiene a su salida un valor de impedancia alto, la "contracorriente" proveniente del altavoz cancelará la que él genera lo que equivale a un aumento todavía mayor de su impedancia a la salida, aumentando la tensión para compensar la aparente perdida, haciéndolo en función de unas curvas de variación de tensión/intensidad que no se corresponden en el tiempo con las variaciones reales de las cargas, sino con los efectos de esta contracorriente).

    -Por lo que reduciendo la impedancia de salida nominal o aumentando la impedancia de los auriculares, previendo que se producirá este fenómeno virtual, aislamos sus efectos o al menos los minimizamos.  A esto se le llama factor de amortiguamiento (como veis el símil con la suspensión viene al pelo). Este "damping factor" se calcula dividiendo la resistencia de carga por la impedancia de salida. Como veis aumentando la diferencia entre  la impedancia de salida y la resistencia de la carga aumentamos dicho factor, lo cual también tiene un límite pues una mayor impedancia del auricular implica una mayor necesidad de potencia del ampli o que una impedancia de salida muy baja aumenta el riesgo de cortocircuito en el mismo, lo que inevitablemente lleva a un compromiso.

   -Afortunadamente no todo es tan negro pues la solución es relativamente simple. Por poco que meditemos sobre la cuestión nos lleva a pensar que tal vez un sistema capaz de responder mas rápido nos podría resolver el problema (lo mismo que la suspensión,...otra vez).
Y efectivamente eso podría parecer, pero a pesar de que los ingenieros han actuado en este sentido, con dispositivos de amplificación cada vez mas rápidos (respuestas de frecuencia cada vez mas alta) con re-alimentación, amplificadores en espejo y demás estrategias encaminadas a permitir mayor independencia del suministro de corriente respecto de las cargas, en realidad la solución pasa inevitablemente por conseguir impedancias de salida cada vez mas cercanas a cero. ¿Por que?. Al principio empleé términos como "velocidad" de descarga, "rapidez" o "ralentización", la respuesta es obvia: un sistema que reaccione más rápido = menor impedancia de salida.
Por otro lado también hay opiniones favorables a un factor de amortiguamiento mas bajo para fundamentalmente conseguir un aumento de la sensación de graves, o que este factor  a partir de un nivel es irrelevante.

   -Os preguntareis ... ¿si es tan simple por que no se hace?.
Si os fijáis para las salidas de altavoz esto se viene haciendo desde casi siempre, pues es convencional establecer la impedancia de salida, que suele estar sobre unas cuatro u ocho veces mas pequeña que la resistencia estandarizada de los altavoces, que como todos sabéis esta en 4 u 8 ohmios. Sin embargo curiosamente, en la salida de auriculares no existe convención alguna que se le parezca y por eso hay tanta disparidad en el diseño de las diferentes salidas de auriculares. Ademas de que influye el temor de los fabricantes a que pueda haber algún error de conexionado que arruine el dispositivo de salida. La prueba es que en los manuales y los aparatos, suele reiterarse de forma notoria con avisos visibles que solo conectemos a la salida de altavoz unos con la impedancia adecuada, por los riesgos y sin embargo casi no hay ninguna advertencia de lo que hay que hacer con la salida de auriculares.
Por otro lado estandarizar en la fabricación de los auriculares es más problemático, pues es un campo en relativo desarrollo y por consiguiente el mejor compromiso es actuar en la salida de auriculares, promoviendo impedancias bajas y garantizar así el mayor abanico posible de auriculares que le podamos conectar.

Saludos.
Fernando M. S.

Edito, por que me he dado cuenta de que tal vez no estaba bastante claro cual es la equivalencia de la analogía de la suspensión con el audio.
Gracias.

[pimuu]

Menudo curro, lo he leído aunque tengo que leerlo un par de veces mas cuando pueda, para lograr entenderlo bien ya que hay bastante materia.
Gracias.

[Robertodo]

Tengo una consulta tengo unos auriculares Vsonic vsd1 que tiene 32ohm, si conecto estos iems directamente en la PC de escritorio habra algun problema dentro del auricular, que el driver del auricular pueda ser dañado por el paso de la corriente que tiene la pc??

O es que los iems solo sirven para conectar a reproductores portatiles??

[samfer]

Robertodo, puedes conectar tranquilamente cualquier auricular a la salida del PC.
Solo podría romperse algo si al conectarlo hubiera algún defecto en alguno de los dispositivos, que pudiera provocar una sobrecarga o un cortocircuito.
Así que tranquilo y disfruta de esos buenos auriculares.
Saludos.
Fernando MS

[eljl2v]

Muchas gracias. Mas currado imposible y d muy buena comprensión, aunq habrá q darle una remedia para termimar d enderlo.