Hoy en día, muchos amplificadores domésticos, especialmente los diseñados para cine en casa, ya no incorporan una entrada de fono. Precisamente ese fue el problema con el que me encontré cuando decidí añadir un plato giradiscos a mi sistema de sonido.

En un primer momento pensé en utilizar alguno de los numerosos diseños de preamplificadores RIAA que circulan por Internet. Sin embargo, después de darle algunas vueltas, me pregunté: ¿por qué no ir un paso más allá?

Entonces recordé que el estándar RIAA no siempre existió. Aunque fue formalizado a mediados de los años 50 por la Recording Industry Association of America, su adopción no fue inmediata. Durante un periodo de transición convivió con distintas curvas de ecualización utilizadas por diferentes compañías discográficas e incluso, después de que la RIAA se convirtiera en el estándar dominante, algunas discográficas continuaron empleando variantes propias para determinadas grabaciones.

Todo ello hace que la historia de la ecualización de los discos de vinilo sea mucho más interesante de lo que podría parecer a simple vista, y es precisamente lo que veremos a continuación.

¿Para qué se aplican curvas de ecualización a los vinilos durante la grabación?

Básicamente, se utilizan para solucionar dos problemas que aparecen en los extremos del espectro de audio.

En la parte baja del espectro de frecuencias (LF), los sonidos graves producen desplazamientos muy amplios de la aguja de corte. Esto ocupa mucho espacio físico en el surco del disco, reduciendo la cantidad de música que puede almacenarse en cada cara. Para evitarlo, los graves se atenúan durante el proceso de grabación.

En el extremo opuesto, las frecuencias agudas (HF) son especialmente sensibles al ruido superficial del vinilo, como clics, chasquidos y siseos. Una solución consiste en realzar los agudos durante la grabación. Posteriormente, en el preamplificador de fono del tocadiscos, se aplica la curva inversa, restaurando la respuesta original del audio.

Este proceso ofrece una doble ventaja: recupera el equilibrio tonal de la grabación y, al mismo tiempo, reduce de forma significativa la percepción del ruido propio del disco, ya que los clics y chasquidos quedan atenuados en la misma medida en que se restauran los agudos previamente realzados.

Este sistema de preénfasis y deénfasis quedó estandarizado mediante la conocida curva RIAA, utilizada prácticamente en todos los discos de vinilo modernos.

RIAA y curvas históricas

Al no existir un estándar definido, era muy complicado que todos los discos sonaran de forma similar. Conviene puntualizar que en realidad los discos nunca suenan exactamente igual, incluso cuando la curva de ecualización está estandarizada. En el resultado final intervienen numerosos factores: las preferencias de los músicos, las decisiones del ingeniero de sonido, los criterios del ingeniero de corte, la tecnología empleada por cada compañía discográfica y muchos otros aspectos.

Sin embargo, es evidente que, si además cada sello utilizaba una ecualización diferente, las diferencias entre grabaciones podían llegar a ser todavía mayores. Por este motivo, y como mencioné anteriormente, la industria fue adoptando progresivamente una norma común.

En la práctica, aunque el estándar RIAA se ha convertido en la referencia universal en la fabricación de vinilos modernos, históricamente han existido numerosas curvas de ecualización anteriores a su consolidación, así como variaciones entre distintas compañías y regiones.

Dado que existen muchísimas curvas históricas e incluso variaciones dentro de una misma compañía —por ejemplo, DECCA no utilizaba exactamente la misma ecualización en Francia, Reino Unido y Estados Unidos—, me he visto obligado a reducir el número total de curvas implementadas a solo cuatro, que serán las que utilizaremos en este proyecto.

La razón es sencilla: muchas de estas curvas son muy parecidas entre sí, y las diferencias audibles suelen ser bastante sutiles. Además, no resulta práctico diseñar un preamplificador analógico con docenas de ecualizaciones diferentes, ya que el circuito acabaría siendo considerablemente más complejo, más caro y probablemente también más ruidoso. Justo lo contrario de lo que buscamos.

A continuación veremos un gráfico con las cuatro curvas adoptadas para este proyecto, junto con los valores de los condensadores necesarios para obtener cada una de ellas.

Notas aclaratorias:
Los valores 220 kΩ y 22 kΩ corresponden a las resistencias de las redes RC que, junto con los condensadores asociados, establecen las constantes de tiempo de cada curva de ecualización, de acuerdo con la expresión τ=R⋅C.

La columna Posición indica la posición del conmutador de selección de la curva de ecualización.

La reducción a cuatro curvas se ha conseguido agrupando aquellas respuestas que, en la práctica, presentan una mayor equivalencia dentro del conjunto.

En la posición correspondiente a RIAA se incluyen también las curvas RCA y EMI, ya que sus constantes de ecualización son prácticamente idénticas o muy próximas al estándar. En el caso de RCA, la coincidencia es directa, mientras que EMI presenta ligeras variaciones en la zona de altas frecuencias, aunque ambas pueden considerarse equivalentes funcionales a efectos de reproducción doméstica.

Cabe destacar que la curva RIAA se consolidó como estándar a partir de prácticas previas de distintas compañías discográficas, lo que explica estas coincidencias parciales.

En este punto conviene mencionar que la curva RIAA se define mediante tres constantes de tiempo (3180 µs, 318 µs y 75 µs), de las cuales, en esta implementación, se utilizan de forma explícita las dos extremas, quedando la tercera implícita en la red de ecualización. Este mismo comportamiento global se mantiene en el resto de curvas del sistema, aunque con desplazamientos propios de cada estándar.

Por otra parte, las denominaciones LF y HF hacen referencia, respectivamente, a las zonas de bajas y altas frecuencias (graves y agudos), y se utilizan únicamente como referencia simplificada dentro de la tabla.

En el caso de DECCA ffrr, se hace referencia a la curva de grabación desarrollada por Decca en el Reino Unido en su sistema “ffrr” (“Full Frequency Range Recording”), caracterizada por su respuesta particular en altas frecuencias en comparación con otros sistemas previos a la estandarización RIAA.

Las ecualizaciones asociadas a CAPITOL presentan pequeñas variaciones. La versión adoptada en este proyecto corresponde a una aproximación fiel a las variantes más habituales.

Finalmente, la curva COLUMBIA corresponde a un sistema independiente dentro de los primeros desarrollos del LP, con una respuesta claramente diferenciada en bajas frecuencias respecto al resto de curvas incluidas.

Con estas cuatro posiciones se cubre de forma práctica la mayor parte del material discográfico histórico susceptible de reproducción mediante este tipo de ecualización.

¿Hay vida después de RIAA?

• RIAA IEC
  En los años 70, la International Electrotechnical Commission (IEC) introdujo recomendaciones dentro de la norma IEC 60098 relacionadas con el comportamiento en baja frecuencia de los sistemas de reproducción de vinilo. Estas recomendaciones dieron lugar a lo que habitualmente se conoce como RIAA IEC o RIAA/IEC, una variante que no altera la curva de grabación de los discos ni requiere soportes especiales, sino que se implementa exclusivamente en la etapa de reproducción, concretamente en el previo de fono del sistema doméstico.
  La norma RIAA original, establecida en la década de 1950, define la ecualización mediante tres constantes de tiempo (3180 µs, 318 µs y 75 µs). Este sistema se aplica de forma complementaria en grabación y reproducción: en el corte del disco se utiliza el preénfasis RIAA y en la reproducción el deénfasis inverso.
  Sin embargo, en un sistema de reproducción real pueden aparecer componentes de muy baja frecuencia ajenas al contenido musical, provocadas por ondulaciones del disco, excentricidades de prensado, vibraciones mecánicas o resonancias del conjunto brazo–cápsula. De forma similar, en algunos sistemas de corte profesionales estos componentes también deben ser controlados para evitar excursiones excesivas del cabezal de grabación, aunque esto no forma parte de la curva RIAA como tal, sino de la ingeniería de control del sistema.
  Para reducir los efectos de estas señales infrasónicas, la IEC propuso la incorporación de un filtro subsónico de baja frecuencia en la etapa de reproducción, habitualmente implementado como un filtro paso alto de pendiente suave con una frecuencia de corte aproximada en torno a 20 Hz, aunque su implementación puede variar según el fabricante. A diferencia de un filtro de corte abrupto, su acción es progresiva, atenuando las componentes infrasónicas sin modificar de forma significativa la banda audible.
  El objetivo de esta modificación es reducir el movimiento innecesario de los altavoces de graves ante señales que, aunque no son audibles, pueden consumir potencia del amplificador, disminuir el margen dinámico disponible y provocar excursiones excesivas en los conos de los altavoces.
  La adopción de esta variante generó cierto debate dentro del ámbito de la alta fidelidad. Sus defensores destacaban la mejora en el comportamiento práctico del sistema de reproducción, mientras que sus detractores preferían mantener la respuesta RIAA original sin filtrados adicionales. Como consecuencia, esta implementación fue adoptada por diversos fabricantes, especialmente europeos, aunque nunca llegó a sustituir completamente a la versión RIAA clásica.
  En la práctica, ambas configuraciones son compatibles con los mismos discos, ya que la diferencia no reside en la ecualización aplicada durante el proceso de grabación del formato, sino en el tratamiento de las componentes infrasónicas dentro del sistema y en su gestión a nivel de distintos equipos de reproducción o, en algunos casos, de la cadena de grabación/corte, sin que ello afecte a la curva de ecualización del disco.
• Neumann / Allen Wright (implementación del “cuarto polo”)
  A diferencia de la modificación RIAA/IEC, que constituye una recomendación relacionada con el control de infrasonidos en sistemas de reproducción, la denominada implementación del “cuarto polo de Neumann” pertenece al ámbito de las interpretaciones no estandarizadas de la respuesta en alta frecuencia del sistema de grabación y reproducción de vinilo.
  Durante el proceso de grabación de un vinilo, el torno de corte debe excitar la cabeza de grabación mediante señales de alta frecuencia que pueden implicar importantes niveles de potencia. En los sistemas profesionales desarrollados por Neumann, especialmente en modelos como los VMS70 y VMS80, se empleaban redes de compensación en la etapa de corte destinadas a controlar el comportamiento en la zona de muy alta frecuencia y ultrasonidos. Diversos análisis técnicos han asociado estas redes a una constante de tiempo del orden de 3,18 µs, aunque dicha constante no forma parte de la especificación RIAA.
  A partir de la observación de estos comportamientos, el ingeniero Allen Wright planteó dentro del ámbito de la alta fidelidad la posibilidad de que la ecualización de reproducción RIAA convencional no reflejara exactamente el comportamiento de algunos sistemas de corte profesionales en la zona de muy alta frecuencia. Wright fue uno de los principales divulgadores de esta interpretación, que con el tiempo adquirió cierta popularidad dentro de determinados círculos audiófilos.
  Como consecuencia de estas ideas, algunos diseñadores comenzaron a incorporar de forma opcional una constante adicional en la etapa de reproducción, inspirada en la respuesta observada en determinados sistemas Neumann. Con el tiempo, esta modificación pasó a conocerse en el ámbito audiófilo como “cuarto polo de Neumann”. Habitualmente se modela mediante una constante de tiempo similar a la atribuida a aquellas redes de compensación, aunque no constituye una especificación oficial definida por Neumann ni forma parte del estándar RIAA.
  La propuesta comenzó a difundirse entre finales de los años noventa y principios del siglo XXI, coincidiendo con el resurgimiento del vinilo y la aparición de preamplificadores de fono con ajustes avanzados. Algunos diseños la incorporaron como opción configurable, aunque su adopción nunca alcanzó carácter normativo ni forma parte de los estándares de ecualización de la industria.
  En la práctica, la inmensa mayoría de preamplificadores de fono actuales utilizan la ecualización RIAA convencional sin esta implementación adicional.
  Al igual que en el sistema RIAA/IEC, esta propuesta no implica ninguna modificación del estándar de grabación del vinilo. Se trata exclusivamente de una opción aplicada en determinados diseños de reproducción, basada en una interpretación del comportamiento de algunos sistemas de corte profesionales.
  Por este motivo, el “cuarto polo” debe entenderse como una optimización opcional del comportamiento en alta frecuencia dentro de ciertos enfoques de diseño, más que como una corrección formal del estándar RIAA.

A modo de ejemplo, a continuación podemos ver un gráfico del proceso de grabación y corte del vinilo, incluyendo las redes de compensación en alta frecuencia asociadas a sistemas de corte Neumann.

El proyecto

Se trata de un diseño tradicional, probablemente el más utilizado en previos comerciales, con la salvedad de que se emplea una fuente simple en lugar de la clásica alimentación simétrica. La razón de esta elección es la intención de integrarlo en el propio plato giradiscos y aprovechar su fuente de alimentación, que en mi caso suministra alrededor de 15 V.

Otra diferencia importante es la elección del amplificador operacional adecuado. En muchos diseños comerciales se utilizan operacionales de propósito general, como en el Kenwood KRF-V4080D, que emplea un NJM4565MD, el cual, aunque cumple su función, no es el más adecuado para un preamplificador RIAA.

En este proyecto he utilizado un NJM2068D, aunque también he realizado pruebas con el muy habitual NE5532AP. Aunque se aprecian algunas diferencias, estas han sido muy sutiles, por lo que cualquiera de los dos, u otro similar en prestaciones, puede proporcionar resultados igualmente satisfactorios.

También he cuidado especialmente la elección de componentes. Las resistencias de las redes RC de 22 kΩ y 220 kΩ por canal no solo han sido seleccionadas lo más cercanas posible al valor nominal, sino que además he procurado que fueran lo más similares posible entre ambos canales.

En cuanto a los condensadores empleados en la red de realimentación, se han utilizado tecnologías de película con el objetivo de minimizar pérdidas dieléctricas, variaciones con la temperatura y efectos de no linealidad que pueden afectar a la precisión de las constantes de tiempo de la ecualización.

Por falta de disponibilidad, no sucede así en las líneas de acoplamiento de entrada y salida, ya que no disponía de condensadores de calidad de 4,7 µF, así que la solución adoptada fue sustituirlos por electrolíticos y colocar un condensador de 100 nF en paralelo, ya que este tipo de condensadores no se comporta bien en altas frecuencias.

Si se sustituyen por condensadores de película, por ejemplo del tipo MKP, puede eliminarse el condensador de 100 nF, aunque en la práctica dudo que se note diferencia alguna en el sonido.

Se han empleado tres tecnologías principales: polipropileno (MKP), poliéster (MKT) y poliestireno (styroflex), cada una con características eléctricas diferentes.

Los condensadores de polipropileno (MKP) presentan un comportamiento muy estable, con bajas pérdidas y excelente linealidad, lo que los convierte en una de las opciones más adecuadas para aplicaciones de audio de precisión. Por este motivo, son la opción preferente cuando se busca la máxima fidelidad en la implementación de redes RC.

Los condensadores de poliéster (MKT) presentan unas prestaciones algo inferiores en términos de pérdidas dieléctricas y estabilidad, aunque siguen siendo perfectamente válidos en aplicaciones de audio general. Su principal ventaja es la disponibilidad y la amplia variedad de valores y tolerancias, lo que los convierte en una solución práctica cuando no es crítico alcanzar el máximo rendimiento teórico.

Por su parte, los condensadores de poliestireno (styroflex) destacan por su muy baja absorción dieléctrica y excelente comportamiento en baja señal, lo que históricamente los ha convertido en una referencia en circuitos de audio de alta calidad. Sin embargo, su disponibilidad actual es limitada y su uso se restringe a aplicaciones donde se dispone de stock o componentes recuperados.

En este diseño concreto, la coexistencia de distintos tipos de condensadores no responde únicamente a criterios de optimización, sino también a las limitaciones de stock disponibles en el momento del montaje. Como consecuencia, se recurrió a componentes procedentes de inventario mixto, lo que ha dado lugar a una combinación de distintas tecnologías dentro de la red de ecualización.

En contraste, se han evitado los condensadores cerámicos de uso general debido a su elevada dependencia de la tensión aplicada, mayor coeficiente de distorsión y variabilidad térmica. La única excepción corresponde a los tipos NP0/C0G, que presentan una estabilidad suficiente para aplicaciones de precisión, aunque en este diseño se ha priorizado el uso de tecnologías de película.

Cuando ha sido necesario ajustar valores con mayor precisión, se han combinado varios condensadores en paralelo para aproximar el valor teórico de diseño, manteniendo tolerancias más estrictas en la red de ecualización.

A continuación explicaré cómo funciona el sistema de conmutación de filtros. Veamos primero el esquema:

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Como se puede observar, las conmutaciones se realizan de manera electrónica utilizando un par de CD4066. Esto aporta varias ventajas. Una de ellas es que encontrar un conmutador mecánico de cuatro circuitos y cuatro posiciones es prácticamente imposible. Pero la mayor ventaja de todas es que queda aislada la parte de control de la parte de señal, lo que permite, entre otras cosas, ubicar el conmutador donde sea necesario sin interferir con el previo.

No obstante, es recomendable ser prudente y utilizar cables apantallados. Si el montaje se realiza dentro del propio plato giradiscos, también es conveniente blindar las líneas de alimentación y mejorar el filtrado del propio equipo; un condensador electrolítico de 1000 µF o superior será una buena elección.

Si se analiza la tabla anterior, se observa que el filtro para LF (“graves”) es exactamente igual para todas las ecualizaciones excepto para COLUMBIA. Por lo tanto, para ella será suficiente no aplicar tensión en el punto A cuando se selecciona la posición 4 del conmutador.

En cuanto al filtro para HF (“agudos”), se definen tres estados posibles: uno para la posición 1 del conmutador (RIAA, EMI y RCA), otro para la posición 2 (DECCA) y otro para las posiciones 3 y 4 (CAPITOL y COLUMBIA).

Al igual que en el filtro de graves, la selección se realiza mediante las tensiones de control, de forma que se aplica tensión en el punto C para la posición 1, no se aplica tensión ni en B ni en C para la posición 2, y se aplica tensión en el punto B para las posiciones 3 y 4.

En el caso del corte de graves, la curva COLUMBIA es la única diferente, con una constante de tiempo de 1590 µs frente a los 3180 µs del resto de curvas, por lo que el condensador asociado debe tener aproximadamente la mitad de capacidad.

Esto se implementa mediante dos grupos capacitivos idénticos de aproximadamente 14,5 nF, obtenidos mediante la conexión en serie de un condensador de 15 nF y otro de 470 nF.

Cuando ambos grupos permanecen conectados en serie, se obtiene una capacidad efectiva de aproximadamente 7,2 nF, correspondiente a la curva de 1590 µs utilizada únicamente por COLUMBIA. Cuando se puentea uno de los grupos, la capacidad se duplica hasta aproximadamente 14,5 nF, obteniéndose una constante de tiempo de 3180 µs, correspondiente al resto de ecualizaciones.

La red para la curva de graves está formada por:

• C3, C4, C5 y C6 para el canal derecho
• C7, C8, C9 y C10 para el canal izquierdo

La red para la curva de agudos está formada por:

• C20, C21, C19 y C18 para el canal derecho
• C14, C16, C13 y C12 para el canal izquierdo

Veamos a continuación el esquema del conmutador:

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El circuito impreso

Al tratarse de un proyecto sujeto a posibles modificaciones, el circuito impreso que he diseñado no es especialmente elegante, sino un diseño puramente funcional. Requiere algunos puentes de cable, cuya ubicación mostraré claramente más adelante. Aun así, si tienes experiencia diseñando circuitos impresos, mi consejo es que lo rediseñes desde cero, tanto para adaptarlo a los componentes que decidas utilizar como para conseguir una distribución más cuidada. No obstante, la versión presentada aquí es totalmente funcional y, de hecho, es la que finalmente ha quedado instalada en mi proyecto.

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• Al ampliar la imagen anterior “clic sobre la imagen” se pueden observar claramente los 6 puentes a realizar.
• Todos los componentes se sueldan por el lado de las pistas.
• Es aconsejable instalar un zócalo para el circuito operacional y así poder probar distintos integrados si se dispone de ellos, o simplemente facilitar su sustitución en caso de avería. Precisamente estas fueron las razones por las que decidí no utilizar una versión SMD.
• Todos los condensadores de la red de ecualización son de montaje superficial, aunque el circuito puede rediseñarse para el uso de componentes SMD de calidad tipo C0G (NP0) o similares. Esto reducirá considerablemente el tamaño de la placa, pero también incrementará de forma notable el coste.
• Los condensadores de desacoplo C37 y C38 no son obligatorios, pero sí aconsejables. Son de tipo cerámico y deben colocarse lo más cerca posible de los integrados de conmutación, idealmente directamente entre sus patillas de alimentación (pin 14) y masa.

Puedes ver el circuito impreso a tamaño real y listo para usar en la siguiente imagen:

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Proyecto terminado

Por si a alguien le interesa el diseño de mi serigrafía, aquí la tienes a tamaño real:

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Posibles mejoras

La primera mejora posible, como ya se ha comentado, consiste en mejorar el circuito del propio plato para minimizar zumbidos en un previo de tan alta sensibilidad como el aquí presentado. A modo de ejemplo, se puede ver cómo incorporé el condensador de filtrado dentro del plato giradiscos, que en mi caso fue de 4700 µF / 25 V, en la siguiente imagen:

Desgraciadamente, es imposible evitar por completo algunos ruidos al encender y apagar el plato, dado que la alimentación es compartida. El arranque del motor provoca un pico de consumo elevado debido a la corriente inicial de puesta en marcha, lo que genera una caída momentánea de tensión en la línea de alimentación. Esta perturbación se transmite al resto del sistema y puede resultar audible en el previo.

De forma similar, la parada del motor también introduce transitorios en la alimentación, debidos a la interrupción brusca de una carga inductiva, lo que puede provocar pequeñas variaciones de tensión en la masa común.

Por otro lado, el propio encendido del previo no es completamente silencioso, ni tampoco su apagado, debido a la carga y descarga de condensadores y al establecimiento de las condiciones de polarización internas. En circuitos con tanta ganancia, estos transitorios son prácticamente inevitables.

Una posible solución consiste en incorporar un circuito de silenciamiento automático. En el siguiente esquema se propone una implementación de carácter puramente teórico, ya que no ha sido puesta en práctica, dado que estos efectos no los he considerado lo suficientemente molestos como para justificar su inclusión.

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Su funcionamiento es sencillo pero ingenioso. He elegido un par de transistores de efecto de campo de tipo P, ya que los de canal N requieren tensión negativa y no disponemos de ella en el circuito del plato.

Estos transistores actúan como interruptores que mantienen las líneas de salida en cortocircuito hasta recibir polarización positiva en sus puertas.

U5, U6 y C39 forman una red de temporización que establece el retardo de activación durante el arranque, asegurando el silenciamiento del sistema hasta que el circuito alcanza su estado estable.

D1 tiene como objetivo descargar rápidamente C39 cuando se interrumpe la alimentación, de modo que el sistema vuelva al estado de silenciamiento lo antes posible.

Notas finales

Como siempre comento en mis artículos, aunque pueden seguirse al pie de la letra, ese no es su objetivo principal, sino servir de inspiración para adaptarlos a nuevos proyectos. Por ejemplo, en el caso de este artículo, puedes diseñar otros circuitos impresos, implementar sistemas de silenciamiento distintos, incorporar o no esta función en el plato, utilizar otras técnicas de conmutación de filtros o, incluso, aprovechar esta misma estructura para conmutar otros circuitos. Y por qué no, añadir otras curvas históricas. Deja siempre volar tu imaginación, ya que eso es lo que realmente puede desatar tu creatividad. Espero que el proyecto haya sido de tu agrado, y gracias por leerlo.