Tendencias modernas del diseño electrónico para

Report
Tendencias modernas de
diseño electrónico para
audio.
Alejandro Silva 2013
Ingeniero de Ejecución en Sonido
Cadena de informaci—n
Medio acústico
Instrumentos, Voz, Mic
Medio eléctrico
Mic-Pre-Amp-SP-ADC
Medio digital
ADC-Editor-DAC
Medio eléctrico
DAC-Amp-SP-Driver
Medio acústico
Driver-Parlante-Audífonos

Lee De
Forest
1500x1600 pixeles

Peter L.
Jensen
87x70 pixeles

William Shockley
25x35 pixeles

Fotografía de 25x35
pixeles.
875 pixeles versus 420.000 pixeles, esto es
una diferencia en resolución de 54dB.

Fotografía de 700x600
pixeles.
Oído humano




Son 1.8732x10^23 colisiones de moléculas de aire con el tímpano en 1
segundo.
En 50µseg (período de una frecuencia de 20KHz) hay 9.365x10^18
colisiones.
Si esto fuera un sistema digital por cada ciclo habrían 450x10^12 muestras.
Si cada partícula colisionante fuera un bit la resolución del sistema sería de
63 bits. Esto equivale a un rango dinámico de 379dB.
Comparaciones de resolución

La razón de densidades entre gases y metales (conductores) es de
aproximadamente 6 veces.

La razón volumétrica molar entre metales y gases es del orden de
3400 veces.

Una perturbación en el aire de una pieza de 20 metros cúbicos
puede representarse sin pérdida de resolución por 5.8 centímetros
cúbicos de cobre (1.8x1.8x1.8cm).

Una cápsula magnética de guitarra tiene una bobina con
5.67x10^23 electrones libres (asumiendo AWG42 y 10KΩ). De éstos
unos 3.1x10^21 participan en la conducción.
Stomp Boxes

Efectos de antaño
• Nivel de integración bajo
• Componentes reactivos grandes
• Semiconductores e integrados de primera o segunda generación

Efectos de antaño
• Construcción punto a punto o con tarjeta de sujeción.
• Controles, entradas y salidas cableadas.
 Tecnología SMD
• Nivel de integración muy alto.
• Componentes resisitivos y reactivos diminutos.
 Tecnología SMD
• Trazas de cobre extremadamente delgadas.
 Tecnología SMD
• Integrados de última generación (tecnología de 25µm)
Comparación entre un efecto moderno y uno vintage
• Efectos idénticos exceptuando los condensadores plásticos y
semiconductores.
• El efecto antiguo cuesta entre 1.5 y 3 veces más caro que el moderno.
• Hay entre 5 y 16 veces más oferta del moderno.
50 Watts Stereo en 8Ω
Clase D
• Permite una eficiencia eléctrica sobre el 90%.
• Esto reduce no solo el costo, si no también el peso.
Clase D
• Un amplificador stereo de 50 watts cuesta en promedio USD 88.
Clase D
• El único componente crucial es el inductor de salida.
Clase A Solid State
• Líder indiscutido en calidad de sonido del estado sólido.
• Tienen las mejores especificaciones de ruido, damping y THD.
Clase A Solid State
• Necesitan grandes
disipadores.
• Su ineficiencia los hace
muy pesados.
Clase A Solid State
Clase A Solid State
• Un amplificador stereo de 50 watts cuesta en promedio USD 12500.
Clase A Tubos
• Single Ended Triode
Clase A Tubos
• Generalmente son
monoblocks y usan
un tríodo de
potencia único.
• Son circuitalmente
muy simples.
• La potencia de
salida es pequeña.
Clase A Tubos
• El transformador de salida es desproporcionadamente
grande para lograr eficiencia en baja frecuencia.
Clase A Tubos
• Escuchar música através de un amplificador
S.E.T. es considerado por expertos como una
experiencia mística.
Valor de cada watt en un amplificador de 50 Watts Stereo
653
700
600
U$ por Watt
500
400
250
300
200
100
68
2.16
5.66
0
Clase D
Clase AB Solid
State
Clase AB
Tubos
Clase A Solid Clase A Tubos
State
Kilogramos por Watt
1.4
1.4
1.2
1
1
0.8
0.6
0.376
0.4
0.2
0.05
0.14
0
Clase
D
Clase Clase Clase Clase
AB
AB
A
A
Solid Tubos Solid Tubos
State
State
Kg por Watt
Rango dinámico (metal film)


220KΩ 2W
Vruido=9.54µV
Vmax=663V
20log(Vmax/Vruido)=157dB
220KΩ 0.25W
Vruido=11.04µV
Vmax=235V
20log(Vmax/Vruido)=147dB
Rango dinámico (carbon film)


220KΩ 2W
Vruido=10.54µV
Vmax=663V
20log(Vmax/Vruido)=156dB
220KΩ 0.25W
Vruido=16.04µV
Vmax=235V
20log(Vmax/Vruido)=143dB
Rango dinámico (Thin Film SMD)

220KΩ 0805 0.25W
Vruido=9.54µV
Vmax=200V
20log(Vmax/Vruido)=146dB
Rango dinámico (wirewound)

220KΩ 5W
Vruido=8.54µV
Vmax=1049V
20log(Vmax/Vruido)=162dB
Rango dinámico (trazas de cobre)








Largo=1cm
Ancho=1mm
Grosor=35µm
R=4.43mΩ
Imax=0.35A
Vmax=1.55mV
Vruido=1.21nV
20log(Vmax/Vruido)=122dB
Rango dinámico (trazas de cobre)



 V

JMAX    L A
I

R

MAX 
MAX



RangoDinámico  20log 
1 / 2   20 log
  20 log
V
 4 kT    L  BW
 R UIDO 
 4 kT  R BW  

A

 J 2   
 10logL  A   C0  10logV
 10log MAX
4  kT  BW 
C0  216.7dB
V  L  A  volum en
• Rango dinámico de una traza de cobre es en definitiva
≈217+10logV ,siendo V el volumen de Cu.


1/ 2 



Rango dinámico (cables de cobre)








Cable de 24 hebras de
ø0.2mm.
0.75 mm cuadrados de
sección.
L=15cm
R=3.9mΩ
Imax=7A
Vmax=27.3mV
Vruido=1.14nV
20log(Vmax/Vruido)=148dB
Resolución del estado sólido

Un transistor de salida tiene
actualmente un área de
aproximadamente 30mm
cuadrados (tecnología de
150µm).

La cantidad mínima de
transistores necesarios para
50Watts en clase AB es de 2.

En consecuencia el número de
partículas que llevan la
información es del orden de
9x10^14.
Resolución del estado sólido
Transistor de potencia moderno
Transistor de potencia antiguo
Resolución del S.E.T.

EL transfomador de salida de
un SET de 50Watts puede
tener 1Kg de alambre de Cu y
un núcleo de 5Kg de fierro.

Solo la bobina contiene
aproximadamente 3x10^22
partículas que llevan
información.

Esto es una resolución 150dB
(3.2x10^6) mayor que un
equipo con 2 transistores de
salida.
Tubos

El telefunken 12AX7 es un
tubo NOS popular.

La producción paró en la
década del 80.

Su valor comercial es en
promedio USD 100, 20 veces
más que la alternativa china o
sovietica nueva.
Tubos

El 300B es un tríodo de bajo mu
capaz de entregar una potencia
de 15 Watts.

Su valor fluctúa entre USD 50 y
USD 1200 (2400%).

Tiene una de las mayores
áreas de emisión en el cátodo.
Conclusiones

Las tendencias modernas asociadas a la industria digital no deben
influenciar el diseño electrónico para audio de alta calidad.

No existe un motivo audible para la miniaturización extrema.

Se puede diseñar y fabricar electrónica de alta resolución de
manera barata.

Maximizar el número de partículas que llevan información es la
clave.

La forma de mejorar el sonido de un diseño es reforzar el eslabón
débil (de menor resolución) en la cadena de señal.

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