EMT 948: Rediseño del amplificador de ecualización (Parte 2)
1. Introducción
Hace unas semanas publiqué un artículo dedicado al
mantenimiento y restauración de un EMT 948, uno de los giradiscos
profesionales más emblemáticos de la historia de la radiodifusión. Durante
aquel proceso quedó patente el extraordinario nivel de ingeniería de este
equipo, así como la calidad de las soluciones adoptadas por EMT para garantizar
un funcionamiento fiable durante décadas.
Sin embargo, uno de sus módulos más interesantes es,
probablemente, el previo RIAA. Diseñado originalmente para el entorno
profesional de finales de los años setenta, combina una arquitectura muy
cuidada con una precisión que continúa sorprendiendo incluso desde la
perspectiva actual.
Aunque el EMT 948 ha desaparecido prácticamente de los
estudios de radiodifusión, en los últimos años ha encontrado una segunda vida
entre aficionados y coleccionistas de alta fidelidad. Su robustez, precisión
mecánica y excelente calidad de reproducción han convertido a este giradiscos
en una pieza muy apreciada, utilizada habitualmente en sistemas domésticos de
alto nivel.
Este cambio de contexto hace que algunos de los requisitos
del diseño original hayan dejado de ser prioritarios, mientras que otros
adquieren hoy una mayor importancia. La posibilidad de utilizar diferentes
cápsulas, facilitar el mantenimiento o aprovechar la disponibilidad de
componentes actuales son aspectos especialmente interesantes para este tipo de
usuarios.
Con esta idea nació el proyecto de desarrollar una nueva
tarjeta RIAA totalmente compatible con el EMT 948. El objetivo nunca fue
sustituir el excelente trabajo realizado por los ingenieros de EMT, sino
comprenderlo en profundidad para adaptarlo a las necesidades actuales,
conservando aquellas soluciones que siguen siendo plenamente válidas desde un
punto de vista técnico.
Desde el inicio se establecieron una serie de criterios que
han guiado todas las decisiones de diseño:
- Mantener
la arquitectura funcional del circuito original siempre que siguiera
siendo técnicamente válida.
- Unificar
en una única tarjeta las versiones MM y MC, ofreciendo una configuración
sencilla y flexible.
- Aprovechar
las posibilidades que ofrecen los componentes actuales para mejorar la
precisión, la estabilidad y la fiabilidad a largo plazo.
- Facilitar
el mantenimiento mediante componentes estándar y de amplia disponibilidad.
- Eliminar
aquellas funciones específicas del entorno de radiodifusión que hoy
resultan innecesarias para la mayoría de usuarios, concentrando el diseño
en obtener la máxima calidad de reproducción.
Más que diseñar un previo completamente nuevo, el propósito ha sido desarrollar una evolución coherente del original, manteniendo intacta su esencia y aprovechando las herramientas y tecnologías disponibles en la actualidad.
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| Tarjeta RIAA MM original EMT |
2. Ingeniería inversa del diseño original
Antes de modificar cualquier aspecto del circuito fue
necesario comprender en profundidad el diseño desarrollado por EMT.
Aunque se dispone de la documentación de servicio original,
un esquema eléctrico por sí solo no permite entender completamente el
comportamiento de un circuito de esta complejidad. Resultaba imprescindible
analizar la función de cada bloque, estudiar la interacción entre ellos y
comprender los criterios de diseño que guiaron a sus ingenieros.
Con este objetivo se reconstruyó íntegramente el previo
mediante simulación, replicando cada una de sus etapas a partir de los esquemas
originales. Este proceso permitió obtener la función de transferencia completa
del circuito y analizar el comportamiento individual de cada bloque funcional.
Las simulaciones confirmaron un hecho especialmente interesante: la respuesta del previo diseñado por EMT continúa siendo extraordinariamente precisa. A pesar de haber sido concebido hace más de cuarenta años y utilizando los componentes disponibles en aquella época, la aproximación a la curva RIAA teórica es muy buena, poniendo de manifiesto el extraordinario trabajo de diseño realizado por sus ingenieros. Esta imagen muestra la simulación del bloque de ecualización:
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| Simulación curva RIAA original |
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| Curva real RIAA original medida |
Este conocimiento permitió abordar el rediseño con una
comprensión mucho más profunda del circuito original, asegurando que cada
modificación estuviera respaldada por un análisis previo y no por simples
sustituciones de componentes o cambios de criterio.
3. Bloques funcionales y rediseño
Una vez comprendido el funcionamiento del previo original y
definidos los objetivos del proyecto, comenzó el rediseño de cada uno de sus
bloques funcionales. En todos los casos se partió de una premisa muy clara:
conservar aquellas soluciones que seguían siendo técnicamente válidas y
modificar únicamente aquellos aspectos donde la tecnología actual o el nuevo
contexto de utilización permitían introducir mejoras objetivas.
3.1 Entrada MM/MC
EMT suministraba dos versiones diferentes de la tarjeta
RIAA: una destinada a cápsulas de imán móvil (MM) y otra para cápsulas de
bobina móvil (MC). Aunque ambas compartían gran parte de su arquitectura, cada
una estaba optimizada para un tipo concreto de cápsula, una solución
perfectamente razonable en el entorno profesional para el que fueron diseñadas.
En una instalación doméstica, sin embargo, es habitual
cambiar de cápsula o adaptar el previo a diferentes configuraciones. Por ello,
el nuevo diseño integra ambas versiones en una única tarjeta, cuya
configuración puede modificarse fácilmente mediante jumpers durante el montaje
o en futuras intervenciones de mantenimiento.
De esta forma se consigue una plataforma mucho más versátil, manteniendo la compatibilidad con ambos tipos de cápsula sin aumentar la complejidad del circuito.
3.2 Transformador elevador (SUT)
En la versión MC, el primer bloque funcional es el
transformador elevador (Step-Up Transformer o SUT), encargado de adaptar el
reducido nivel de señal generado por las cápsulas de bobina móvil al margen de
funcionamiento óptimo del previo RIAA.
Para este proyecto se seleccionó un Lundahl LL1933,
un transformador ampliamente reconocido por sus excelentes prestaciones en
aplicaciones de alta fidelidad. Su baja distorsión, amplio ancho de banda y
reducido nivel de pérdidas lo convierten en una solución especialmente adecuada
para este tipo de aplicaciones.
Además de sus prestaciones, este modelo ofrece una
característica especialmente interesante: la posibilidad de configurar
distintas relaciones de transformación. Mediante resistencias puente de 0 Ω es
posible seleccionar, durante el montaje, una relación 1:8, muy próxima a
la empleada por EMT y adecuada para cápsulas como la EMT TSD 15, o una relación
1:16, pensada para cápsulas de muy baja salida, como la Denon DL-103 y
otros modelos de características similares.
La selección de la relación de transformación constituye
únicamente una parte de la adaptación entre la cápsula y el previo. El ajuste
de la impedancia de carga continúa realizándose mediante la red resistiva
situada en el secundario del transformador, siguiendo el mismo planteamiento
utilizado por EMT.
3.3 Resistencias de carga
En el diseño original, la impedancia de carga estaba fijada
mediante un conjunto de resistencias seleccionadas para la cápsula prevista por
el fabricante. Aunque esta solución resultaba adecuada en un entorno
profesional, limita considerablemente la posibilidad de utilizar cápsulas con
requisitos diferentes.
Por este motivo, la nueva tarjeta incorpora resistencias de
carga fácilmente configurables, permitiendo adaptar el previo a las
recomendaciones de cada fabricante sin necesidad de modificar el circuito.
La red de carga se
ha mantenido situada en el secundario del transformador elevador y trabaja
conjuntamente con una resistencia fija presente en la entrada del previo. Como
consecuencia, el valor de la resistencia instalada no coincide directamente con
la impedancia que "ve" la cápsula, sino que ésta depende de la
combinación de ambas resistencias y de la relación de transformación
seleccionada en el SUT.
Este planteamiento presenta varias ventajas. Además de
facilitar el ajuste de la impedancia reflejada, permite optimizar el
comportamiento del transformador y controlar con mayor precisión su respuesta
en altas frecuencias. Se ha decidido conservar esta solución porque continúa
ofreciendo excelentes resultados y proporciona una gran flexibilidad para
adaptar el previo a un amplio abanico de cápsulas MC.
3.4 Ecualización RIAA
La red de ecualización constituye el núcleo del previo y
representa uno de los aspectos más destacados del diseño original. Las
simulaciones realizadas durante la fase de ingeniería inversa demostraron que
la topología elegida por EMT proporciona una aproximación extraordinariamente
precisa a la curva RIAA teórica.
Por este motivo se decidió conservar íntegramente su
arquitectura, centrando las mejoras en aquellos aspectos donde los componentes
actuales permiten obtener un comportamiento todavía más estable y repetible. El
empleo de resistencias y condensadores de mayor precisión reduce las
tolerancias de la red de ecualización y mejora la uniformidad entre diferentes
unidades.
La única modificación significativa afecta a determinados
valores de la red, que fueron reajustados para mantener la respuesta global del
sistema tras la modificación del filtro subsónico.
3.5 Filtro subsónico
Uno de los aspectos más interesantes del diseño original es
que el filtro subsónico no actúa como una etapa independiente, sino que forma
parte de la función de transferencia completa del previo. Su comportamiento
está íntimamente ligado a la red RIAA, de modo que cualquier modificación de
uno de estos bloques afecta inevitablemente al otro.
Mientras que EMT fijó la frecuencia característica del
filtro en torno a los 30 Hz, el nuevo diseño desplaza este punto hasta
aproximadamente 20 Hz, una elección más adecuada para un sistema de alta
fidelidad actual. De este modo se extiende ligeramente la respuesta en bajas
frecuencias, manteniendo al mismo tiempo una adecuada atenuación de las
resonancias del conjunto brazo-cápsula y de las deformaciones del disco.
Esta modificación obligó a recalcular conjuntamente la red
RIAA y el propio filtro subsónico para preservar la precisión de la respuesta
global. Aprovechando este rediseño también se introdujeron pequeñas mejoras
destinadas a optimizar el comportamiento dinámico de la etapa, siempre
respetando el planteamiento original.
3.6 Filtro paso bajo
Tras la ecualización y el filtrado subsónico, EMT incorporó
un filtro paso bajo cuya misión es limitar el ancho de banda del previo y
reducir la presencia de componentes de muy alta frecuencia que no aportan
información útil durante la reproducción.
Aunque algunas electrónicas modernas prescinden de este tipo
de filtrado, en este proyecto se ha considerado que sigue siendo una solución
técnicamente acertada, por lo que se ha mantenido dentro de la nueva tarjeta.
Únicamente se han introducido pequeñas mejoras destinadas a
optimizar su estabilidad y comportamiento transitorio, manteniendo inalterada
su función dentro del conjunto.
3.7 Etapa de salida
A diferencia de otros previos de fono, el EMT 948 no incorpora una etapa de salida dedicada tras el filtro paso bajo. La señal procedente de este último constituye directamente la salida del previo hacia la tarjeta de amplificación de línea. Esta será objeto de otra revisión en el fututo.
3.8 Alimentación
Este punto ha sido completamente
revisado para adaptarlo a los criterios actuales de diseño de circuitos
analógicos de alta calidad.
Se ha diseñado un plano de masa continuo, optimizando el
recorrido de los retornos de corriente y minimizando la formación de lazos
susceptibles de captar interferencias. Del mismo modo, la distribución de la
alimentación se ha estudiado cuidadosamente para situar los condensadores de
desacoplo lo más próximos posible a cada circuito integrado, complementándolos
con un filtrado local de mayor capacidad.
Aunque estas mejoras apenas modifican el esquema eléctrico,
tienen una influencia directa sobre el nivel de ruido, la estabilidad y la
inmunidad frente a interferencias. En un circuito que trabaja con señales de
apenas unos cientos de microvoltios, estos detalles de implementación resultan
tan importantes como el propio diseño electrónico.
3.9 Amplificadores operacionales
Tras evaluar distintas alternativas, se optó por el OPA2134 de Texas Instruments, un dispositivo ampliamente utilizado en aplicaciones de audio por su excelente equilibrio entre ruido, distorsión, estabilidad y disponibilidad.
Aunque existen amplificadores operacionales con especificaciones superiores en algunos parámetros, las simulaciones y las medidas realizadas confirmaron que el OPA2134 se adapta perfectamente a la arquitectura del circuito, proporcionando unas prestaciones acordes con los objetivos del proyecto sin necesidad de introducir soluciones más complejas.
No obstante, dado el interés que este tipo de componentes suele despertar entre los aficionados, la tarjeta incorpora zócalos mecanizados de precisión para estos componentes. Esto permite evaluar fácilmente otras alternativas compatibles sin necesidad de realizar modificaciones sobre la placa, facilitando futuras pruebas o experimentaciones sin comprometer la fiabilidad del montaje.
4. Diseño de la placa de circuito impreso
Una vez validado el diseño electrónico mediante simulación,
el siguiente paso consistió en trasladarlo a una nueva placa de circuito
impreso. Aunque el esquema define el funcionamiento del circuito, la
implementación física tiene una influencia decisiva en aspectos como el ruido,
la estabilidad o la inmunidad frente a interferencias, especialmente cuando se
trabaja con señales de muy bajo nivel como las procedentes de una cápsula
fonográfica.
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| Diseño de PCB |
Para la fabricación de la tarjeta se optó por una placa de
circuito impreso de doble cara de alta calidad, con acabado ENIG
(Electroless Nickel Immersion Gold) y doble espesor de oro. Este tipo de
acabado ofrece una excelente resistencia a la corrosión, una elevada fiabilidad
de contacto y una gran estabilidad a largo plazo, además de facilitar el
montaje y las posteriores operaciones de mantenimiento.
Durante el diseño del layout se dedicó especial
atención a la distribución de las masas, el recorrido de los retornos de
corriente y la ubicación de los desacoplos locales de alimentación. La
disposición de los distintos bloques se estudió para minimizar el acoplamiento
entre etapas y preservar la integridad de unas señales que, en algunos puntos
del circuito, apenas alcanzan unos cientos de microvoltios.
Otro de los objetivos del proyecto era facilitar tanto la
configuración como el mantenimiento de la tarjeta. Para ello, los
amplificadores operacionales se montan sobre zócalos mecanizados de precisión,
mientras que las distintas opciones de configuración —selección MM/MC, relación
de transformación del SUT o resistencias de carga— se realizan mediante jumpers
y resistencias puente de 0 Ω.
Podría pensarse que la incorporación de zócalos y elementos
de configuración supone un compromiso para la calidad del camino de señal.
Precisamente por ello, este aspecto recibió una atención especial durante el
desarrollo del proyecto. La flexibilidad nunca debía alcanzarse a costa de las
prestaciones eléctricas.
Todos los elementos susceptibles de afectar al recorrido de
la señal se seleccionaron entre componentes específicamente diseñados para
aplicaciones profesionales e instrumentación electrónica. Se emplean zócalos
mecanizados con contactos chapados en oro de fabricantes como Mill-Max,
junto con jumpers y conectores de primeras marcas, garantizando una resistencia
de contacto mínima, una elevada fiabilidad y una excelente estabilidad a lo
largo del tiempo. De este modo, la posibilidad de reconfigurar el previo o
sustituir determinados componentes para tareas de mantenimiento no introduce
penalizaciones apreciables en su comportamiento eléctrico.
También se ha mantenido la plena compatibilidad mecánica con el EMT 948. Para ello fue necesario reproducir el característico tirador frontal de la tarjeta, una pieza específica que ya no se encuentra disponible como repuesto. Se optó por fabricarlo mediante impresión 3D en nylon, un material que combina una elevada resistencia mecánica, buena estabilidad dimensional y una excelente resistencia al desgaste. Estas características lo convierten en una solución especialmente adecuada para un elemento sometido a frecuentes operaciones de inserción y extracción.
5. Funciones adaptadas al uso actual
El rediseño no solo ha consistido en actualizar los
distintos bloques funcionales del previo, sino también en revisar aquellas
funciones que, aunque plenamente justificadas en el contexto para el que fue
concebido el EMT 948, han perdido su utilidad en un sistema de alta fidelidad
doméstico.
El diseño original incorporaba diversas funciones de control
remoto destinadas a facilitar la operación del giradiscos desde la mesa de
control de una emisora. Entre ellas se encontraba la circuitería asociada a la
monitorización remota y otras funciones auxiliares propias de este entorno de
trabajo.
Dado que estas prestaciones carecen de interés para el uso
actual del EMT 948, toda esta circuitería se ha eliminado, simplificando el
diseño y reduciendo el número de componentes sin afectar al funcionamiento del
previo como etapa de ecualización RIAA.
También se ha revisado la función de suma de canales (mono).
En el diseño original, esta conmutación se realizaba mediante un JFET gobernado
remotamente, una solución perfectamente lógica cuando el equipo debía
integrarse en un sistema de control centralizado.
En la nueva tarjeta, la selección mono/estéreo pasa a
realizarse mediante un sencillo jumper de configuración. Aunque la conmutación
deja de ser remota, el ajuste resulta mucho más accesible para el usuario y, al
mismo tiempo, elimina un dispositivo activo del recorrido de la señal. El
circuito resultante es más simple, más fácil de mantener y evita introducir un
elemento adicional en el camino del audio.
Estas modificaciones responden al mismo criterio seguido
durante todo el proyecto: conservar todas aquellas soluciones del diseño
original que continúan siendo plenamente válidas y adaptar únicamente los
elementos que respondían a necesidades muy específicas del entorno de
radiodifusión. Lejos de reducir prestaciones, esta simplificación permite
obtener un diseño más coherente con el uso que actualmente recibe la inmensa
mayoría de los EMT 948.
6. Prototipo y validación
Con el diseño finalizado, se fabricó un primer prototipo con
el objetivo de verificar experimentalmente todas las decisiones adoptadas
durante las fases de simulación y desarrollo.
Tras el montaje de la tarjeta se realizaron las
comprobaciones habituales de alimentación, consumo y puntos de polarización,
verificando el correcto funcionamiento de cada uno de los bloques antes de
proceder a las medidas de respuesta en frecuencia.
La validación se centró principalmente en comprobar que la función de transferencia del prototipo reproducía fielmente el comportamiento previsto durante las simulaciones y mantenía una excelente aproximación a la curva RIAA teórica.
(Figura: Comparación entre simulación y medida de la
función de transferencia.)
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| Función de transferencia medida |
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| Curva RIAA medida VS curva ideal |
El excelente acuerdo entre simulaciones y medidas experimentales confirma tanto la validez del proceso de ingeniería inversa como la de las decisiones adoptadas durante el rediseño. Más allá de las mejoras introducidas, esta fase demuestra que la arquitectura original concebida por EMT continúa siendo una base extraordinariamente sólida sobre la que desarrollar una evolución adaptada a las necesidades actuales.
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