ES2319956B2 - Preamplificador de estado solido de señales de audio generadas por instrumentos musicales. - Google Patents
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Abstract
Preamplificador de estado sólido de señales de
audio generadas por instrumentos musicales, en especial para
guitarras eléctricas, que simula la distorsión armónica de los
amplificadores de audio de válvulas, comprendiendo:
- un módulo adaptador (2) para obtener una
primera señal (40) con ganancia mayor que la unidad y desfasada
180º respecto a la señal de audio (4) y una segunda señal (41) con
ganancia positiva menor que la unidad respecto a la señal de audio
(4);
- un módulo modificador de señal (8) para
recortar las partes negativas de la primera (40) y segunda (41)
señales, obteniendo una primera (31) y segunda (32) señales
recortadas; y sumar la primera (31) y segunda (32) señales
recortadas, obteniendo una señal suma (33);
- un módulo en emisor común (20) para recortar
de forma abrupta la parte positiva de la señal suma (33);
- un módulo en seguidor de emisor (24) para
reducir la impedancia de salida del preamplificador (1).
Description
Preamplificador de estado sólido de señales de
audio generadas por instrumentos musicales.
La invención se encuadra en el sector de la
electrónica de audio, en concreto en equipos de amplificación de
instrumentos musicales y, en especial, de guitarras eléctricas.
Las características proporcionadas en la
electrónica de audio por las válvulas de vacío, dispositivos
electrónicos previos al desarrollo de los transistores, han sido y
siguen siendo muy valoradas por los músicos de todo el mundo,
convirtiendo a los equipos de amplificación diseñados mediante
válvulas en ejemplares codiciados e inigualados con otras
tecnologías. Paradójicamente, aunque los transistores sustituyeron
a las válvulas en la mayoría de las aplicaciones, no permitieron
reproducir las propiedades acústicas de los diseños de válvulas.
Por ello, los amplificadores de instrumentos musicales han
perdurado como uno de los nichos en donde las válvulas siguen
encontrando un uso habitual.
Un amplificador de válvulas proporciona un
sonido peculiar y agradable parada gran mayoría de los músicos.
Algunas causas para ello son:
- \bullet
- Las válvulas introducen distorsión por recorte asimétrico de la señal de audio, lo que se traduce en una presencia importante del segundo armónico, que forma un intervalo de una octava con el primero (el tono fundamental). El resultado es un sonido comúnmente descrito como "grueso" o "con cuerpo" (agrada- ble).
- \bullet
- El recorte es suave o redondeado, a diferencia del recorte obtenido mediante amplificadores de transistores, que es mucho más abrupto. Esto hace que no aparezcan armónicos de órdenes superiores intensos que producirían un sonido áspero y poco agradable.
- \bullet
- Los amplificadores de válvulas suelen estar alimentados con fuentes de alimentación caracterizadas por experimentar caídas de tensión significativas cuando se les exige potencias de salida grandes. Ello hace que a potencias elevadas la señal de salida de los amplificadores de válvulas se vea comprimida, proporcionando una mayor sensación de duración o "sustain" al compensar la caída natural de la señal entregada por la guitarra.
Se han realizado numerosos intentos para
construir amplificadores de audio de transistores que simulen el
comportamiento acústico de los amplificadores de válvulas. La
utilización de válvulas tiene muchos inconvenientes, entre
ellos:
- \bullet
- Respecto al uso, las mejores características tímbricas de los amplificadores de válvulas se consiguen con potencias acústicas elevadas, al ser en esta situación donde los circuitos de válvulas se encuentran próximos a sus límites de funcionamiento y la distorsión armónica se hace más evidente. Por ello, no es posible reproducir el "sonido de válvulas" a volúmenes moderados, lo cual impone un condicionante importante al uso de los amplificadores.
- \bullet
- Mayor. coste y dificultad de reparación al tratarse de una tecnología obsolescente.
- \bullet
- Las válvulas ofrecen menor estabilidad, mayor tolerancia de fabricación y menor vida útil.
- \bullet
- Exige el uso de tensiones de alimentación DC muy elevadas, lo que complica el diseño de las fuentes de alimentación, implica un aumento de consumo y añade riesgos al uso y mantenimiento de los equipos.
- \bullet
- Requiere el uso de transformadores muy voluminosos y específicos, añadiendo coste y peso a los equipos.
Por ello muchos ingenieros y fabricantes de
amplificadores de instrumentos musicales se han dedicado al
desarrollo de nuevos sistemas y modelos para equiparar
prestaciones. La complejidad de este desarrollo provoca que hasta el
momento no se hayan aportado soluciones completas. Con todo,
existen intentos, entre ellos:
- \bullet
- Amplificadores de transistores que incluyen circuitos específicos que simulan las características de las válvulas. Esta estrategia es la más habitual, existiendo modelos comerciales basados en ella.
- \bullet
- Amplificadores híbridos, constituidos por un preamplificador de válvulas para aportar distorsión armónica más etapas de amplificación y de potencia a transistores, más fiables y económicas. Por ejemplo, los amplificadores de la serie Valvestate de la empresa británica Marshall están construidos con esta filosofía.
- \bullet
- Amplificadores digitales, en los que la señal del instrumento se digitaliza mediante un convertidor analógico-digital y se manipula posteriormente mediante un procesador (DSP). Estos sistemas digitales modelan de forma numérica la respuesta de amplificadores de válvulas reales. Un buen ejemplo son los amplificadores de la empresa Line 6.
La presente invención se refiere a un
preamplificador de transistores que permite simular el
comportamiento de un amplificador de válvulas con un diseño
sencillo, que ofrece un buen control del tipo y nivel de distorsión
armónica. La principal innovación radica en que el diseño está
encaminado a acentuar especialmente la presencia del segundo
armónico, lo que confiere un rasgo distintivo al sonido obtenido.
Además, es un diseño muy versátil ya que permite pasar continuamente
de una distorsión suave, apenas audible, a un cambio drástico del
timbre de la señal de entrada, facilitando al músico la elección de
sus sonidos preferidos.
Es importante destacar que para que el
preamplificador aquí descrito actúe sobre la señal de la guitarra
no es necesario utilizar potencias acústicas elevadas, a diferencia
de lo que ocurre con un amplificador de válvulas convencional, que
sólo proporciona su sonido característico al trabajar cerca de su
límite de funcionamiento. La potencia acústica final vendría
determinada por una etapa de potencia independiente de la invención
aquí descrita. Esto permitiría reproducir las cualidades acústicas
del preamplificador con independencia de la potencia acústica
entregada por la etapa de potencia posterior.
Un diseño como el planteado, que propone una
solución a la emulación del sonido de amplificadores de válvulas
mediante transistores, permite rebajar de forma drástica el coste
de producción con la consiguiente ventaja comercial, al ser los
transistores dispositivos drásticamente más baratos, fiables y
duraderos que las válvulas de vacío.
La aplicación de la invención está enmarcada en
el contexto de los equipos de audio de amplificación para
instrumentos musicales, y permite a los músicos/usuarios de este
preamplificador obtener sonidos característicos de los
amplificadores de válvulas de vacío.
La invención se refiere a un preamplificador de
la señal de audio generada por un instrumento musical, por ejemplo
una guitarra eléctrica, que simula la distorsión armónica
introducida por los amplificadores de válvulas de vacío mediante
generación del segundo armónico (en concreto, favorece la aparición
de un segundo armónico intenso), de acuerdo con la reivindicación
1. También se refiere la invención a un procedimiento de
amplificación de señales de audio generadas por instrumentos
musicales para preamplificadores de estado sólido, de acuerdo con la
reivindicación 7. Realizaciones preferidas se definen en las
reivindicaciones dependientes.
Los diseños basados en válvulas de vacío se
caracterizan por proporcionar un tipo de distorsión armónica que
resulta especialmente agradable para los músicos. La forma de onda
proporcionada por un amplificador de válvulas presenta un recorte
suave y asimétrico de la señal original. Esto se corresponde con un
realce del segundo armónico que, desde el punto de vista acústico,
introduce una coloración tímbrica agradable.
El preamplificador de estado sólido
comprende:
- un módulo adaptador encargado de proporcionar
una impedancia de entrada adecuada al instrumento musical,
disponiendo de una entrada para la señal de audio proveniente del
instrumento musical, de una primera salida y de una segunda salida,
estando dicho módulo adaptador adicionalmente configurado para:
- \bullet
- obtener en la primera salida una primera señal con ganancia mayor que la unidad y desfasada 180º respecto a la señal de audio;
- \bullet
- obtener en la segunda salida una segunda señal con ganancia positiva menor que la unidad respecto a la señal de audio;
- un módulo modificador de señal, configurado
para:
- \bullet
- recortar las partes negativas de la primera y segunda señales, obteniendo una primera y segunda señales recortadas;
- \bullet
- sumar la primera y segunda señales recortadas, obteniendo una señal suma;
- un módulo en emisor común conectado a la
salida del módulo modificador de señal y configurado para recortar
de forma abrupta la parte positiva de la señal suma;
- un módulo en seguidor de emisor conectado a la
salida del módulo en emisor común y configurado para reducir la
impedancia de salida del preamplificador, disponiendo dicho módulo
en seguidor de emisor de una salida que constituye la salida del
preamplificador.
\newpage
El módulo modificador de señal comprende
preferentemente:
- un primer diodo conectado con la primera
salida del módulo adaptador y configurado para recortar las partes
negativas de la primera señal;
- un segundo diodo conectado con la segunda
salida del módulo adaptador y configurado para recortar las partes
negativas de la segunda señal;
- dos condensadores de desacoplo conectados cada
uno respectivamente al cátodo del primer y segundo diodo;
disponiendo dicho módulo modificador de señal de una salida
conectada con ambos condensadores de desacoplo.
En una realización preferida el módulo adaptador
comprende un transistor MOSFET conectado con la entrada de dicho
módulo adaptador, disponiendo dicho módulo adaptador de la primera
salida en el drenador y la segunda salida en la fuente del
transistor MOSFET.
El módulo modificador de señal puede comprender
adicionalmente un primer divisor de tensión conectado al cátodo del
primer diodo y un segundo divisor de tensión conectado al cátodo
del segundo diodo, estando ambos divisores de tensión configurados
para ajustar cada uno la tensión en el cátodo del diodo respectivo
por medio de un potenciómetro en cada divisor de tensión.
El módulo en emisor común comprende
preferiblemente un transistor bipolar con una resistencia de
realimentación en emisor y un potenciómetro conectado entre el
colector del transistor bipolar y la tensión de alimentación
positiva del preamplificador, dicho potenciómetro configurado para
regular el recorte abrupto de la parte positiva de la señal
suma.
El módulo en seguidor de emisor comprende
preferentemente un transistor bipolar.
Es objeto también de la presente invención un
procedimiento de amplificación de señales de audio generadas por
instrumentos musicales para preamplificadores de estado sólido, que
comprende las siguientes etapas:
- obtener, a partir de la señal de audio, una
primera señal con ganancia mayor que la unidad y desfasada 180º
respecto a la señal de audio y una segunda señal con ganancia
positiva menor que la unidad respecto a la señal de audio;
- recortar las partes negativas de la primera y
segunda señales, obteniendo una primera y segunda señales
recortadas;
- sumar la primera y segunda señales recortadas,
obteniendo una señal suma;
- recortar abruptamente la parte positiva de la
señal suma;
- disminuir la impedancia de salida del
preampificador para proporcionar la máxima tensión de salida
posible dada su configuración.
El procedimiento comprende preferentemente
también regular el recorte de las partes negativas de la primera y
segunda señales y regular el recorte abrupto de la parte positiva
de la señal suma.
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con una realización de
dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de
ésta.
La Figura 1 muestra un diagrama de bloques que
representa esquemáticamente los distintos bloques que constituyen
la invención.
La Figura 2 muestra un esquema completo de la
invención con todos los componentes del preamplificador y su
disposición.
El preamplificador de la señal de audio generada
por un instrumento musical, por ejemplo una guitarra eléctrica, que
la presente invención propone permite simular el comportamiento
acústico y la respuesta de un amplificador de válvulas posibilitando
controlar el nivel y las características de la distorsión armónica
con gran flexibilidad.
La Figura 1 representa esquemáticamente los
distintos bloques que constituyen la invención, destacando los
elementos más importantes y la forma que adoptada señal en varios
puntos representativos del preamplificador. En la Figura 2 se
muestran los distintos componentes electrónicos y su
disposición.
El preamplificador 1, tal como muestra dicha
figura, presenta la siguiente configuración:
- Módulo adaptador 2: Con una entrada 3 para la
señal de audio 4 del instrumento, y dos salidas, una en el drenador
5 y otra en la fuente 6 de un transistor MOSFET 7.
- Módulo modificador de señal 8: Con dos
entradas (5, 6) provenientes del módulo adaptador 2 y una salida 9.
Cada entrada (5, 6) consta respectivamente de un diodo (10, 11)
conectado por el ánodo (12, 13) a la entrada (5, 6) correspondiente
y conectado por el cátodo (14, 15) a un divisor de tensión (16, 17)
y a un condensador de desacoplo (18, 19). La salida 9 de este
módulo modificador de señal 8 se encuentra en el punto de conexión
común de los dos condensadores de desacoplo (18, 19).
- Módulo en emisor común 20: Consta de una
entrada 9 proveniente del módulo modificador de señal 8 y de una
salida 21. El módulo en emisor común 20 está basada en un
transistor bipolar 22 con una resistencia de realimentación en el
emisor 23.
- Módulo en seguidor de emisor 24: Con una
entrada 21 proveniente del módulo en emisor común 20 y una salida
25 que es la salida final del preamplificador 1. El módulo está
basado en un transistor bipolar 26.
El módulo adaptador 2 tiene la función de
proporcionar una impedancia de entrada adecuada. En la salida de
drenador 5 se obtiene una primera señal 40 con ganancia mayor que
la unidad y desfasada 180º respecto a la señal de audio 4, mientras
que en la salida en fuente 6 se obtiene una segunda señal 41 con
ganancia positiva menor que la unidad.
Refiriéndonos al módulo modificador de señal 8,
el diodo 10 conectado al módulo adaptador 2 en la salida de
drenador 5 recorta abruptamente las partes positivas 27 de la señal
de audio 4 al módulo adaptador 2. El nivel de recorte está
controlado por la tensión DC fijada en el cátodo 14 del diodo 10 por
el divisor de tensión 16, ajustable mediante el potenciómetro 28.
Por otro lado, el diodo 11 conectado al módulo adaptador 2 en la
salida de fuente 6 recorta las partes negativas 29 de la señal de
audio 4 al módulo adaptador 2. El nivel de recorte está controlado
por la tensión DC fijada en el cátodo 15 del diodo 11 por el divisor
de tensión 17, ajustable mediante el potenciómetro 30. Finalmente,
las señales (31, 32) presentes respectivamente en los cátodos (14,
15) de ambos diodos (10, 11) se suman mediante dos condensadores de
desacoplo (18, 19), proporcionando la señal suma 33 en la salida 9
del módulo modificador de señal 8.
El módulo en emisor común 20 permite el recorte
abrupto característico de transistores, según se muestra en la
señal 34. La tensión a la que tiene lugar el recorte se regula
mediante un potenciómetro 35 conectado entre el colector del
transistor 36 y la tensión de alimentación positiva 37.
Finalmente, el módulo en seguidor de emisor 24
permite rebajar la impedancia de salida del preamplificador 1.
Según lo visto, la señal de audio 4 es recortada
mediante diodos (10, 11), lo que en principio favorece la aparición
de armónicos de orden elevado que no son idóneos desde un punto de
vista musical. Sin embargo, al sumarse las señales recortadas en
contrafase, se introduce un cantidad muy importante del 2º armónico
que aporta calidad subjetiva al sonido producido.
Claims (9)
1. Preamplificador de estado sólido de señales
de audio generadas por instrumentos musicales, caracterizado
porque comprende:
- un módulo adaptador (2) encargado de
proporcionar una impedancia de entrada adecuada al instrumento
musical, disponiendo de una entrada (3) para la señal de audio (4)
proveniente del instrumento musical, de una primera salida (5) y de
una segunda salida (6), estando dicho módulo adaptador (2)
adicionalmente configurado para:
- \bullet
- obtener en la primera salida (5) una primera señal (40) con ganancia mayor que la unidad y desfasada 180º respecto a la señal de audio (4);
- \bullet
- obtener en la segunda salida (6) una segunda señal (41) con ganancia positiva menor que la unidad respecto a la señal de audio (4);
- un módulo modificador de señal (8),
configurado para:
- \bullet
- recortar las partes negativas de la primera (40) y segunda (41) señales, obteniendo una primera (31) y segunda (32) señales recortadas;
- \bullet
- sumar la primera (31) y segunda (32) señales recortadas, obteniendo una señal suma (33);
- un módulo en emisor común (20) conectado a la
salida (9) del módulo modificador de señal (8) y configurado para
recortar de forma abrupta la parte positiva de la señal suma
(33);
- un módulo en seguidor de emisor (24) conectado
a la salida (21) del módulo en emisor común (20) y configurado para
reducir la impedancia de salida del preamplificador (1),
disponiendo dicho módulo en seguidor de emisor (24) de una salida
(25) qué constituye la salida del preamplificador (1).
2. Preamplificador de estado sólido de señales
de audio generadas por instrumentos musicales según reivindicación
1, caracterizado porque el módulo modificador de señal (8)
comprende:
- un primer diodo (10) conectado con la primera
salida (5) del módulo adaptador (2) y configurado para recortar las
partes negativas de la primera (40) señal;
- un segundo diodo (11) conectado con la segunda
salida (6) del módulo adaptador (2) y configurado para recortar las
partes negativas de la segunda (41) señal;
- dos condensadores de desacoplo (18, 19)
conectados cada uno respectivamente al cátodo (14, 15) del primer
(10) y segundo (11) diodo; disponiendo dicho módulo modificador de
señal (8) de una salida (9) conectada con ambos condensadores de
desacoplo (18, 19).
3. Preamplificador de estado sólido de señales
de audio generadas por instrumentos musicales según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
módulo adaptador (2) comprende un transistor MOSFET (7) conectado
con la entrada (3) de dicho módulo adaptador (2), disponiendo dicho
módulo adaptador (2) de la primera salida (5) en el drenador y la
segunda salida (6) en la fuente del transistor MOSFET (7).
4. Preamplificador de estado sólido de señales
de audio generadas por instrumentos musicales según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
módulo modificador de señal (8) comprende adicionalmente un primer
divisor de tensión (16) conectado al cátodo (14) del primer diodo
(10) y un segundo divisor de tensión (17) conectado al cátodo (15)
del segundo diodo (11), estando ambos divisores de tensión (16, 17)
configurados para ajustar cada uno la tensión en el cátodo del
diodo respectivo por medio de un potenciómetro (28, 30) en cada
divisor de tensión.
5. Preamplificador de estado sólido de señales
de audio generadas por instrumentos musicales según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
módulo en emisor común (20) comprende un transistor bipolar (22)
con una resistencia de realimentación (23) en emisor y un
potenciómetro (35) conectado entre el colector (36) del transistor
bipolar (22) y la tensión de alimentación positiva (37) del
preamplificador (1), dicho potenciómetro (35) configurado para
regular el recorte abrupto de la parte positiva de la señal suma
(33).
6. Preamplificador de estado sólido de señales
de audio generadas por instrumentos musicales según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
módulo en seguidor de emisor (24) comprende un transistor bipolar
(26).
\newpage
7. Procedimiento de amplificación de señales de
audio generadas por instrumentos musicales para preamplificadores
de estado sólido, caracterizado porque comprende las
siguientes etapas:
- obtener, a partir de la señal de audio (4),
una primera señal (40) con ganancia mayor que la unidad y desfasada
180º respecto a la señal de audio (4) y una segunda señal (41) con
ganancia positiva menor que la unidad respecto a la señal de audio
(4);
- recortar las partes negativas de la primera
(40) y segunda (41) señales, obteniendo una primera (31) y segunda
(32) señales recortadas;
- sumar la primera (31) y segunda (32) señales
recortadas, obteniendo una señal suma (33);
- recortar abruptamente la parte positiva de la
señal suma (33);
- disminuir la impedancia de salida del
preampificador (1) para proporcionar la máxima tensión de salida
posible dada su configuración.
8. Procedimiento de amplificación de señales de
audio generadas por instrumentos musicales para preamplificadores
de estado sólido según la reivindicación 7, caracterizado
porque comprende regular el recorte de las partes negativas de la
primera (40) y segunda (41) señales.
9. Procedimiento de amplificación de señales de
audio generadas por instrumentos musicales para preamplificadores
de estado sólido según cualquiera de las reivindicaciones
7-8, caracterizado porque comprende regular
el recorte abrupto de la parte positiva de la señal suma (33).
Priority Applications (1)
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ES200803428A ES2319956B2 (es) | 2008-12-02 | 2008-12-02 | Preamplificador de estado solido de señales de audio generadas por instrumentos musicales. |
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Publications (2)
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ES2319956A1 ES2319956A1 (es) | 2009-05-14 |
ES2319956B2 true ES2319956B2 (es) | 2009-09-22 |
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ES200803428A Active ES2319956B2 (es) | 2008-12-02 | 2008-12-02 | Preamplificador de estado solido de señales de audio generadas por instrumentos musicales. |
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WO2023272401A1 (en) * | 2021-07-02 | 2023-01-05 | Tenor Inc. | Audio signal reproduction |
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2008
- 2008-12-02 ES ES200803428A patent/ES2319956B2/es active Active
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WO2023272401A1 (en) * | 2021-07-02 | 2023-01-05 | Tenor Inc. | Audio signal reproduction |
US11617046B2 (en) | 2021-07-02 | 2023-03-28 | Tenor Inc. | Audio signal reproduction |
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