Guía completa de pruebas de amplificadores de audio con osciloscopio

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Cuando empezamos a trastear con amplificadores, tarde o temprano llega el momento de pasar del típico “suena fuerte” a querer saber qué está haciendo realmente el circuito por dentro. Especialmente cuando compramos un amplificador clase D barato de internet o montamos un ampli de válvulas casero, es normal preguntarse si las formas de onda que vemos en el osciloscopio significan que el aparato es bueno, malo o simplemente “decente para lo que cuesta”.

Muchos aficionados se sorprenden al ver que un amplificador de diez euros comprado en AliExpress muestra en el osciloscopio una señal bastante “sucia”, con restos de conmutación y ruido de alta frecuencia, y sin embargo, al escucharlo con música real, el sonido es más que aceptable. Este tipo de situaciones nos obliga a entender que medir un amplificador de audio con osciloscopio no es solo mirar si la onda es bonita, sino interpretar lo que estamos viendo, saber qué pruebas tienen sentido y cómo ponerlas en contexto con lo que oyen nuestros oídos.

Por qué tiene sentido medir amplificadores de audio con un osciloscopio

Cuando uno empieza en el mundo de la audiofilia o del DIY de amplificadores, es habitual pensar que con que algo “no distorsione a oído” ya vale. Pero enseguida aparece la curiosidad por comprobar si el ampli recorta, cuánto ruido mete, cómo maneja las distintas frecuencias o si está oscilando donde no debe. Ahí es donde entra el osciloscopio, acompañado de un generador de señal o, en su defecto, de software gratuito que haga de generador y analizador.

La clave es montar una especie de mini-laboratorio casero donde podamos hacer pruebas bastante parecidas a las de un banco profesional, pero con herramientas accesibles: un osciloscopio físico (o por software usando la tarjeta de sonido), un generador de funciones o un PC que saque barridos y tonos por la salida de audio, y algunas cargas y atenuadores. Con eso ya se pueden obtener datos muy útiles de cualquier amplificador, desde uno de válvulas de alta fidelidad hasta un módulo clase D de bajo coste.

Además, este tipo de mediciones ayudan a desmontar el mito de que cualquier forma de onda “fea” es sinónimo de mal sonido. A veces sucede lo contrario: las gráficas pueden asustar, pero el resultado sonoro encaja perfectamente con lo que esperamos de un equipo barato o de iniciación. Por supuesto, en equipos de gama alta sí se exige que las formas de onda y las cifras de distorsión sean impecables, pero el contexto es fundamental.

Otro punto interesante es que muchas de estas pruebas se apoyan en software gratuito de análisis de audio, pensado para trabajar con la tarjeta de sonido de un ordenador. Estos programas permiten ver espectros, armónicos, respuesta en frecuencia, niveles de THD, etc., de forma muy visual, por lo que se convierten en un complemento ideal del osciloscopio clásico.

En resumen, medir con osciloscopio y software no es solo para ingenieros: cualquier aficionado con un poco de cuidado y ganas de aprender puede exprimir mucho más sus amplificadores, ajustar diseños, detectar fallos y, sobre todo, entender por qué su equipo suena como suena.

Conceptos básicos antes de conectar el osciloscopio

Antes de lanzarse a pinchar la punta del osciloscopio en cualquier parte del circuito, conviene tener claros unos cuantos conceptos eléctricos que van a salir una y otra vez: impedancia, distorsión, respuesta en frecuencia, armónicos, saturación, ruido de fondo, zumbido de red, etc. No hace falta ser ingeniero, pero sí saber qué demonios estamos intentando medir.

En las pruebas de amplificadores de audio distinguimos siempre la parte de señales de baja frecuencia (audio propiamente dicho) y, en algunos montajes, una parte de radiofrecuencia (RF), por ejemplo cuando se trabaja con amplificadores que operan en torno a 1 MHz. En esos escenarios aparecen elementos como el bloqueador de continua (DC blocker), el terminador de 50 Ω y, en ocasiones, atenuadores específicos de RF.

En RF, la cadena típica puede ser algo así como amplificador de RF → bloqueador de DC → carga o terminador de 50 Ω. Entender qué hace cada elemento evita cometer errores caros, ya que aquí hablamos de potencias y frecuencias en las que un despiste puede cargarse algo en un segundo. En audio puro, sin embargo, la película cambia y en lugar de preocuparnos por líneas de 50 Ω nos centramos en impedancias de entrada y salida, distorsiones, recortes y ruidos.

Un osciloscopio, por muy sencillo que sea, nos permite ver la forma de onda en el tiempo, detectar recorte (clipping), oscilaciones, picos raros, hum o ruidos de alta frecuencia. Si además tiene función FFT, o lo combinamos con software de análisis, pasamos a ver también el contenido en frecuencia y el reparto de armónicos, lo que abre la puerta a mediciones de THD y respuesta en frecuencia bastante serias.

Por último, hay que tener en cuenta las limitaciones del propio equipo de medida: rango de tensión admisible, impedancia de entrada, ancho de banda, tipo de sondas… Conocer estos datos es esencial para decidir si podemos conectar el osciloscopio directamente a la salida del amplificador o necesitamos una sonda atenuadora 10:1 o un atenuador adicional para no pasarnos de rango ni alterar demasiado el circuito bajo prueba.

Pruebas básicas en amplificadores de audio: qué merece la pena medir

Si quieres ir un paso más allá de “me suena bien”, lo suyo es plantearse una batería de pruebas relativamente estándar que nos dé una idea técnica del comportamiento del amplificador. En el mundo profesional se miden muchos parámetros, pero con medios caseros podemos centrarnos en unos cuantos que aportan mucha información sin complicarnos demasiado.

Entre las pruebas más útiles encontramos la medición de impedancia de entrada (para saber qué carga ve la fuente de señal), impedancia de salida (para entender cómo controla el altavoz y el factor de amortiguamiento), impedancias entre etapas (muy interesante en amplificadores de válvulas con varias fases de ganancia), así como distintos tipos de distorsión armónica, tanto con realimentación negativa conectada como sin ella.

También resulta muy ilustrativo estudiar la saturación del amplificador con una onda senoidal: hasta qué nivel de entrada se mantiene limpia la señal y a partir de qué punto el ampli empieza a recortar. En el osciloscopio se ve de forma evidente el paso de una senoide “redonda” a una señal con las crestas achatadas, simétricas o asimétricas según el diseño del circuito.

Además de estas pruebas más centradas en la linealidad, conviene dedicar tiempo a las mediciones de ruido, zumbido de red (hum), interferencias de radiofrecuencia y posibles oscilaciones fuera de la banda de audio. Muchos amplificadores aparentemente tranquilos están en realidad oscilando en ultrasonidos, lo que puede calentar componentes, generar inestabilidades o interferir con otros equipos, aunque a oído no se note nada.

Por último, se pueden realizar análisis de respuesta en frecuencia y espectros, comprobando cómo varía la ganancia en graves, medios y agudos, dónde empieza a caer el nivel, si hay resonancias indeseadas, etc. En amplificadores de válvulas con transformador de salida, por ejemplo, estas pruebas ayudan a ver hasta qué punto el trafo limita los extremos de banda.

Uso del osciloscopio en montajes de RF: bloqueador de DC, terminador y atenuador

Cuando el amplificador con el que trabajamos no es solo de audio, sino un amplificador de RF que opera en torno a 1 MHz o más, aparecen una serie de consideraciones adicionales relacionadas con la adaptación de impedancias y la protección del equipo de medida. En estos casos es muy habitual encontrarse con montajes que incluyen bloqueadores de continua y terminadores de 50 Ω en la salida.

El bloqueador de DC (DC blocker) se coloca para eliminar cualquier componente de continua que pueda venir desde el amplificador y que podría dañar tanto la carga como los equipos posteriores. Es, básicamente, un condensador dimensionado para trabajar en la banda de frecuencias deseada sin introducir una caída apreciable en señal.

A continuación, se suele conectar un terminador de RF, normalmente una resistencia de 50 Ω que actúa como carga adaptada. De esta forma se evita que la señal se refleje en la línea y se generan condiciones estables de funcionamiento para el amplificador. Si el sistema está diseñado para 50 Ω, usar este tipo de terminadores es prácticamente obligado.

La duda típica es si se puede conectar el osciloscopio directamente a esta línea RF o si hace falta un atenuador específico. La respuesta depende del nivel de tensión y de la impedancia de salida del amplificador, así como de la capacidad del canal del osciloscopio. En muchos casos, una sonda 10:1 ya hace las veces de atenuador y reduce el impacto sobre el circuito, pero en RF pura también es muy común utilizar atenuadores calibrados que mantengan la adaptación de 50 Ω en toda la cadena.

Si estamos usando un amplificador de bajo coste para trabajar con equipos caros, conviene conocer muy bien el máximo voltaje que puede entregar la etapa, el tipo de carga para el que ha sido pensada y los límites de nuestro osciloscopio. A partir de ahí se decide si basta con una sonda atenuada, si hay que añadir un atenuador fijo de, por ejemplo, 10 dB o 20 dB, o si interesa derivar parte de la señal mediante un splitter o un acoplador direccional.

Midiendo amplificadores de válvulas: pruebas típicas y cómo interpretarlas

Los amplificadores de válvulas tienen un encanto especial: mezclan artesanía, diseño clásico y una buena dosis de subjetividad sonora. Sin embargo, más allá de que el resultado “mole” al oído, es muy útil someterlos a una serie de pruebas estándar para entender qué están haciendo realmente y qué margen de mejora tienen.

Una de las primeras mediciones recomendables es la impedancia de entrada. Saber qué resistencia ve la fuente de señal (un previo, un DAC, un pedal, etc.) ayuda a evitar cargas demasiado bajas que puedan forzar la etapa anterior, alterar su respuesta en frecuencia o introducir distorsión adicional. Un valor de entrada alto suele ser cómodo para la fuente, aunque también puede hacer el circuito más sensible al ruido y a los cables largos.

La impedancia de salida es igual de relevante, ya que determina hasta qué punto el amplificador controla el movimiento del altavoz. En válvulas, el transformador de salida juega un papel clave, y su diseño condiciona tanto el factor de amortiguamiento como la extensión de graves y agudos. Midiendo cómo se comporta la salida frente a distintas cargas podemos hacernos una idea del ajuste real entre el ampli y los altavoces.

También resulta interesante analizar las impedancias entre etapas dentro del propio amplificador, especialmente en diseños con varias válvulas de ganancia y seguidores de cátodo. Un mal acoplamiento entre etapas puede provocar pérdidas de nivel, recortes de banda alta o incluso inestabilidades, mientras que un dimensionamiento correcto asegura una transferencia de señal limpia y predecible.

Otro bloque clave es el estudio de la distorsión armónica total (THD) con y sin realimentación negativa. La realimentación reduce de forma notable la distorsión y suele aplanar la respuesta en frecuencia, pero también altera el reparto de armónicos (pares, impares, de orden alto, etc.). Midiendo con una senoide pura y observando el espectro, podemos ver qué armónicos predominan y cómo cambia su nivel al conectar o desconectar el lazo de realimentación.

Finalmente, las pruebas de saturación y recorte con señales senoidales nos muestran cómo se comporta el amplificador al acercarse a su límite. Se incrementa poco a poco la amplitud de la señal de entrada hasta que en el osciloscopio aparecen crestas aplastadas. El tipo de recorte (suave, duro, simétrico, asimétrico) dice mucho sobre el carácter del aparato y ayuda a entender por qué ciertos amplis “rompen” de una forma más agradable que otros cuando se les aprieta.

Respuesta en frecuencia y uso de software gratuito

Una de las pruebas más agradecidas, incluso con un equipo muy básico, es la medición de la respuesta en frecuencia del amplificador. El objetivo es saber cómo varía la ganancia a lo largo de todo el rango de audio (por ejemplo, de 20 Hz a 20 kHz) y detectar caídas, picos o irregularidades que luego se traducen en un sonido más oscuro, más brillante o con ciertas zonas “hinchadas”.

Para realizar esta prueba se puede usar un generador de funciones que haga un barrido de frecuencia, pero mucha gente recurre a software gratuito que genera un sweep o ruido rosa/blanco desde el ordenador y lo envía por la tarjeta de sonido. Otra opción es reproducir ficheros WAV ya preparados con barridos o ruidos de prueba y tomar la salida del amplificador para analizarla.

La medición puede hacerse directamente con el osciloscopio en la salida del ampli, anotando la amplitud de la señal a distintas frecuencias y construyendo después la curva. Sin embargo, resulta mucho más cómodo utilizar la propia tarjeta de sonido como instrumento de medida, conectando la salida del amplificador a su entrada de línea (siempre con atenuadores y protecciones adecuadas) y dejando que el software trace la gráfica de magnitud e incluso de fase.

Existen muchos programas gratuitos orientados a la medición de equipos de audio: permiten ver la curva de respuesta, analizar el espectro de ruido, calcular THD, etc. Combinados con un mínimo cuidado para no saturar la entrada del PC, convierten un ordenador corriente en un analizador de audio de bajo coste. Es importante recordar que la tarjeta de sonido tiene también sus limitaciones, pero para la mayoría de aplicaciones DIY es más que suficiente.

Con este tipo de pruebas se pueden detectar sin esfuerzo caídas en graves por culpa del transformador de salida, pérdidas progresivas de agudos debidas a capacitancias parásitas, resonancias indeseadas en ciertas bandas e incluso el efecto que tiene la realimentación en la planitud de la curva. A partir de ahí se pueden introducir modificaciones en el circuito, en el cableado o en la elección de componentes para ir afinando el comportamiento.

Armónicos, FFT y la relación con lo que realmente escuchamos

Otra familia de pruebas muy potente gira alrededor de los armónicos y del contenido espectral de la señal. Aquí lo típico es aplicar una senoide lo más pura posible a la entrada del amplificador y analizar la salida con una FFT, ya sea con el propio osciloscopio (si incluye esta función) o con software que utilice la tarjeta de sonido como front-end de captura.

En el dominio de la frecuencia, la idea es ver qué armónicos aparecen además de la fundamental y qué nivel relativo tienen. Nos interesa distinguir entre armónicos pares e impares, que suelen percibirse de forma distinta a oído, así como entre distorsión de bajo orden (que muchas veces resulta agradable o “musical”) y distorsión de alto orden, más agresiva y fatigante.

Aquí entra en juego un aspecto curioso: no siempre coincide lo que parece horrible en pantalla con lo que percibimos como malo al escuchar. Por ejemplo, un pequeño amplificador clase D muy barato puede mostrar una forma de onda bastante fea en el osciloscopio, con restos de la frecuencia de conmutación, ruido de alta frecuencia y pequeñas irregularidades. Sin embargo, cuando se hace una prueba real escuchando música a través de altavoces, el sonido puede resultar perfectamente aceptable para el rango de precio.

Esto se debe en parte a que el oído humano filtra muchas de estas imperfecciones, sobre todo cuando están fuera de la banda audible o a niveles muy bajos. Además, los altavoces y los filtros de salida del propio amplificador atenúan gran parte del ruido de conmutación. De ahí que, especialmente en amplificadores económicos o de proyectos DIY sencillos, convenga no obsesionarse con cada pequeño pico de la FFT si el resultado práctico cumple con lo que necesitamos.

En equipos de alta gama, por supuesto, la historia cambia: se espera que la forma de onda sea ejemplar, que el contenido de armónicos esté muy controlado y que los niveles de THD sean extremadamente bajos. Pero incluso en ese contexto, entender qué tipo de distorsión se está generando ayuda a explicar por qué ciertos amplificadores, con cifras muy parecidas en ficha técnica, suenan de manera distinta cuando nos sentamos a escucharlos.

Ruido, hum, radiofrecuencia y oscilaciones que pasan desapercibidas

Más allá de la distorsión armónica, el osciloscopio es una herramienta magnífica para perseguir ruidos y oscilaciones que a veces se confunden con “cosas normales” o que apenas se notan pero están ahí, calentando componentes o interfiriendo con otros cacharros. Muchos de estos problemas tienen que ver con la alimentación, la distribución de masas y el cableado interno.

Entre los fenómenos más frecuentes encontramos el ruido de fondo térmico y de los propios componentes activos, que se ve en pantalla como una especie de niebla aleatoria; el clásico zumbido de 50/60 Hz (hum) y sus armónicos, originado por fuentes mal filtradas o por bucles de masa; las interferencias de radiofrecuencia que se acoplan por el aire o por cables mal apantallados; y las oscilaciones de alta frecuencia producidas por realimentaciones mal compensadas o diseños de PCB poco cuidados.

Para este tipo de comprobaciones se suele dejar la entrada del amplificador cortocircuitada (a masa), la salida conectada a una carga adecuada y el osciloscopio observando dicha salida con distintas escalas de tiempo y sensibilidad. Cambiando la base de tiempos se hace visible tanto un zumbido de baja frecuencia como posibles oscilaciones en el rango de kHz o incluso MHz que, a oído, pueden resultar invisibles.

En amplificadores de válvulas estos problemas son especialmente frecuentes, ya que se trabaja con tensiones altas, transformadores voluminosos, cableados punto a punto y masas distribuidas que, si no se diseñan con cuidado, son un caldo de cultivo para hum, acoples y recogida de RF. El osciloscopio ayuda a localizar en qué punto del circuito aparece el problema y qué modificaciones (reordenar masas, retorcer pares de cables, mejorar el apantallado, etc.) tienen efecto real.

Si además se combina el osciloscopio con software de análisis de espectro, se obtiene una foto muy clara de en qué frecuencias se concentra el ruido. Esto permite distinguir si el origen está en la red eléctrica (50/60 Hz y múltiplos), en los propios semiconductores, en el transformador de salida, en un mal diseño de placa o en interferencias externas de radio, routers, teléfonos inalámbricos, etc. De este modo, las mejoras dejan de ser “a ciegas” y pasamos a trabajar con pruebas objetivas que confirman si una modificación ha servido para algo o no.

Al final, con un osciloscopio básico, algo de software gratuito, unas cuantas cargas de prueba y ganas de cacharrear, se puede montar un minilaboratorio doméstico sorprendentemente capaz. Da igual que el objetivo sea exprimir un módulo clase D baratísimo o afinar un proyecto de válvulas de alto voltaje: las mismas técnicas de medida, bien entendidas, permiten cuadrar números y gráficos con lo que nuestros oídos dicen, y aprender por el camino por qué un amplificador barato que en pantalla parece un desastre, en el salón funciona más que dignamente, mientras que un diseño más cuidado deja ver en las gráficas por qué suena tan limpio y controlado.