Proyecto 5: Reutilizando antiguas entradas PHONO para MIC o LÍNEA

Buenas noches, bienvenidos, hijos del rocanrol, en este proyecto vamos a modificar las clásicas entradas PHONO (para tocadiscos, giradiscos o coloquialmente platos) de los equipos de audio entrados en años, mesas de mezclas, etcétera, para poder aprovecharlas como entradas LINE más que estandarizadas hoy en día.

Antes que nada, echemos un vistazo al nivel de señales de audio habituales para comprender mejor lo que tenemos que hacer.

	Nivel (en voltios RMS)	Nivel (en dB)	Impedancia (carga)
Nivel de Línea (audio de consumo)	0.316 v	-10 dBV	>10kΩ
Nivel de Línea (profesional)	1.228 v	+4 dBu (+1.8 dBV)	>10kΩ
Nivel de Phono	0.003 v	-50 dBV	~50kΩ
Nivel de Micrófono	0.001 v	-60 dBV	2-4kΩ (mic dinámicos)
Nivel preamplificado (salida tablas mezclas)	1 a 2 v	+0 a +6 dBV	>1kΩ (no todas, asegurarse)

Nota: ‘V’=1 volt (RMS), ‘u’=0.775 volts (RMS) y esta última referencia se usa más en entornos profesionales.

Así pues, el procedimiento aunque inicialmente laborioso, no es muy complicado, eso sí, requiere paciencia. Deberemos encontrar entre toda la circuitería del aparato la etapa preamplificadora de la entrada ‘phono’ (siguiendo cables de entrada de phono y pistas, tomándolo con calma y transcribiendo si hace falta parte del circuito a un papel, si no lo hemos encontrado antes por Internet, que muchos suelen estar colgados para técnicos de reparación o similares).

Ésta primera etapa preamplificadora tiene una ganancia elevada para llegar, al menos, al nivel de línea (316mV) a partir de los miserables 3 mV que proporcionan las cápsulas fonocaptoras de los tocadiscos, e incorpora, a la vez, un ecualizador para deshacer la ecualización RIAA (pre-emphasis) que se aplica en la grabación de los vinilos (por limitaciones mecánicas de la aguja). Por lo tanto, no nos quedará más que modificar la ganancia de la etapa y eliminar toda ecualización, para así obtener una limpia entrada de línea estándar.

Ecualización necesaria para reproducir un vinilo correctamente (Curva RIAA inversa a la de grabación - De-emphasis).

Aquí observamos la curva de la ecualización que tendremos que eliminar del circuito. Ésta puede ser una curiosa explicación al hecho de que oigamos tan agudo el disco al acercar la oreja a la aguja (sí, también es cierto que desconozco totalmente la respuesta en frecuencia del conjunto mecánico aguja-capsula-brazo del tocadiscos, pero yo diría que se oyen unos agudos muy exagerados, probadlo y me contáis). Como otro apunte interesante, os puedo decir que, en el caso de no tener ningún preamplificador RIAA a mano, podemos usar la tarjeta de sonido de un computador para reproducir vinilos directamente, usando para ello su entrada de micrófono (de ganancia similar), eso sí, deberemos aplicar, posteriormente y mediante algún programa de edición de audio, la citada 'des'ecualización RIAA.

Volviendo a lo que nos interesa, se nos pueden presentar diversos casos similares, yo os comentaré uno sencillo con el que me encontré en una tabla de mezclas de hace unos 20 años, también en otra cadena de música de alta fidelidad y, según los de National Semiconductor, es el montaje que más se ha utilizado. El preamplificador suele estar conformado mediante un amplificador operacional (uno para cada canal) que a la vez hace de ecualizador activo aplicando la ecualización RIAA a la inversa.

Algunas de las posibilidades que podemos encontrar son:

(Usad los esquemas para orientaros únicamente, ya que en cada caso deberéis trabajar con el circuito de vuestro equipo)

• Preamplificador con un operacional con ecualización activa mediante la red de realimentación, inversor (drcha.) o no-inversor (izqda., caso más habitual) :

Nota avanzada (Entendiendo la electrónica de la ecualización RIAA):

Fórmulas de diseño para el circuito de la izquierda provenientes de la función de transferencia de la ecualización RIAA del operacional. Éstas se pueden obtener, por el método que nos explicaba Pablo en su post (Diagrama de Bode de magnitud), sabiendo que dicha función de transferencia para el caso no-inversor es H(s)=1+Z1/Z2 . El estándar RIAA impone 3 constantes de tiempo para realizar la ecualización, éstas son 3180us (50Hz), 318us (500Hz) y 75us (2123Hz). Estas contantes de tiempo definen la posición de polos o ceros de la variable 's' de Laplace (en valor absoluto) de la función de transferencia, polos o ceros que formarán toda la corrección (curva RIAA). A 50Hz se encuentra un polo, a 500Hz un cero y a 2123Hz otro polo.

En el ejemplo obtendríamos: K(ganancia estática)=55dBV; f1=545Hz; f2=2116Hz; f3=53Hz

• Preamplificador en dos etapas (dos operacionales) con una ecualización más precisa, activa y pasiva, y menos ruido (sólo en algunos equipos de alta fidelidad):

Así, si por ejemplo queremos modificar el primer circuito mostrado (el más extendido) para que pase a ser una entrada de línea (LINE), no tenemos más que puentear la rama de realimentación del operacional para quitar la ecualización RIAA y cortar la rama con la resistencia y condensador a masa que entra también por la entrada negativa del operacional, que sólo es un filtro pasa-altas que ya no requerimos. También podemos quitar el condensador a masa en la entrada (de 100pF en el circuito de ejemplo) que sólo se utiliza para compensar la inductancia de la cápsula fonocaptora. Y, en cuanto a la impedancia de entrada, en este caso vemos que es de 47KΩ (utilizada para cargar y amortiguar adecuadamente la cápsula), de modo que podemos dejarla así, ya que es más que suficiente para una señal de línea (recordando tabla inicial del post). El resto del circuito puede dejarse tal cual (ver siguiente chuleta).

De esta forma, obtenemos una etapa con ganancia unidad (Vout=Vin, un seguidor de tensión o buffer) apta para alimentar la siguiente etapa del equipo a un nivel adecuado y ya sin ningún tipo de ecualización.

Si no obtenemos toda la señal que deseamos para un nivel de Línea (sería raro), es cuestión de probar otra configuración del operacional con algo de ganancia (Vout/Vin=2 ó 3) mediante un par de resistencias (guiarse con esto).

En los otros casos, el proceso será similar. Una vez entendamos el circuito, buscamos los condensadores que hacen de filtros para la ecualización RIAA y los eliminamos o puenteamos junto con algunas resistencias según convenga. Al final, debe quedarnos una etapa (o dos) funcionando como buffer, ya que, en la mayoría de los casos, las posteriores etapas del equipo ya proporcionarán casi toda la ganancia necesaria; etapa del ecualizador o control de tono, etapa mezcladora, buffer de salida, etcétera.

Ahora, cambiando de tercio, si lo que necesitamos es una entrada de micrófono, no tenemos más que consultar la tabla que he recopilado arriba y ver que la ganancia requerida para el nivel de micro es parecida o algo mayor a la de Phono. Así pues, podríamos probar con la ganancia estática del previo para Phono tal cual (ya sin la ecualización Riaa, evidentemente), aunque lo más acertado será reducir a un tercio la resistencia R4 y, de esta forma, triplicar la ganancia del preamplificador (pasando de 55dB a 64dB). Con respecto a la impedancia de entrada, si vamos a conectar una guitarra, bajo, etcétera, los 47kΩ podrían servirnos para salir del paso, aunque lo más conveniente sería substituirlos por una resistencia de 500-1000kΩ, ya que las pastillas de guitarra suelen tener una muy alta impedancia de salida (unos 10kΩ) y, de no hacerlo así, perderíamos señal. Si conectamos micrófonos dinámicos (300-600Ω), lo ideal sería cargarlos con una impedancia de entrada de unos 2-4kΩ, aunque esos 47kΩ también los harán sonar.

Si le ponéis nuevas entradas al equipo, como jacks hembra para los micrófonos u otros RCA's, y los instaláis en el chasis, perforándolo obviamente, deberéis aislarlos convenientemente (a no ser que ya tengáis del tipo aislado, con envoltura de plástico o similar) ya que, si no, formaremos un bucle de masa (una espira) a través del cable del conector y el chasis en el que probablemente induciremos ruidos o zumbidos audibles y molestos a estos niveles de ganancia. Esto es importante, y os lo detallo más abajo porque ya me supuso algún que otro quebradero de cabeza hace años y si os los podéis evitar, mejor que mejor. Revisad las recomendaciones que ya expuse en otro post para evitar ruidos en amplificadores.

Y bueno, con todo lo dicho ya debemos ser capaces de obtener esas entradas de más que tanto necesitábamos y/o de volver a utilizar por fin ese par de potenciómetros deslizantes que teníamos marginados en la mesa de mezclas. Ah, una cosa, antes de destripar nada fijaros si hay algún conmutador escondido que ponga Line/Phono … xDDD.

Para acabar, os dejo tres fotos de una de mis adaptaciones (Tabla de mezclas Acoustic Control SM-500).

Exterior con nueva serigrafía de calidad. Una recomendación, si os ponéis a trastear con una tabla de mezclas antigua no estaría de más que aprovechaseis para cambiarle algún que otro potenciómetro deslizante, volverá a sonar como nueva :).

Aquí podemos apreciar la etapa preamplificadora de Phono con los puentes y las desconexiones pertinentes para adaptarla, en mi caso, a entrada de instrumento (High-Z).

Aislamiento necesario para evitar bucles de masa. Podéis ahorrároslo si compráis de éstos.

Fins aviat!

Referencias y bibliografía:

• National Semiconductor – Operational Amplifier Application Notes (AN-20, AN31...)
• Diseño e Implementación de un Preamplificador de Phono con Ecualización RIAA.(Scribd.com, documentos, notas, textos…)
• Wikipedia – Enciclopedia libre
• ESPÍ LÓPEZ, J. Fundamentos de electrónica analógica. Colaborador: Camps Valls, Gustavo; Muñoz Marí, Jordi. 1a ed. Valencia: Publicacions de la UV, 2006. 402 p. ISBN 9788437065601. (accesible sólo vista previa)
• Compatibilidad electromagnética «CEM» - Manual didáctico. Schneider Electric, 2000.

Desmontando y reparando teclado de la calculadora HP49G+

Hola amigos, después de mucho tiempo con varias teclas ‘bailando’ la sardana, me animé a desmontar de una vez por todas la dichosa ‘achepé’, como ya hemos hecho muchos, e intentar ver que se le puede hacer. Creo que en la historia jamás se ha diseñado una calculadora tan mal, en cuanto a teclado se refiere. Éste consta de una matriz de plástico a la que se unen las teclas mediante dos minúsculos nervios del mismo material que, como ya podía intuirse, no iban a ser eternamente elásticos para realizar su sencilla función de pulsación. A pesar de la aparente evidencia, esta calculadora salió a la venta con una aspecto impecable y un precioso ‘HP’ encastrado en su esquina superior derecha. Y no nos olvidemos, en su día a un módico precio de 200€ nada menos. Y pensar que por no mucho más que eso tienes todo un/a netbook hoy en día. En fin, nadie puede estudiar una ingeniería sin su flamante ‘hp’, por supuestísimo que no.

Así que, para aquellos acérrimos creyentes de esta última afirmación y cuyos papás no les convenga soltar otros 200€ para la nueva hp50g, que es internamente la misma calculadora, pintada de negro, con un numero no primo de pilas, un clásico puerto serie aparte del Usb y un teclado normal, vamos, lo que debió haber sido la 49g+; en fin, para todos ellos, vayamos a desmontarla. Necesitaremos:

• Cúter – para cortar algunos remaches de plástico. 
• Destornillador plano muy fino o pequeña espátula – para separar partes de la carcasa.
• Destornillador estrella de precisión – para algunos tornillos xD, obvio.
• Algún adhesivo epoxídico flexible u otro, pero necesariamente flexible.
• Pequeño soldador de estaño – sólo para un par de cables que antes deberemos cortar.
• Tijeras, algunos pequeños tornillos (opcional), apartar apuntes de la mesa…

Descripción del proceso con algunas instantáneas:

Aquí podemos ver el pequeño pero incómodo problema. En mi caso ya estaban sueltas el '0', '·', '2' y otras tantas a punto de soltarse o produciendo pulsaciones fallidas en muchas ocasiones. No es muy difícil predecir que con tiempo todas las teclas iban a acabar igual. Tiene toda la pinta de ser un descarado defecto de diseño. Por suerte para algunos, las últimas que se fabricaron de este modelo ya llevaban un teclado distinto, para entonces casi todos teníamos el pisapapeles en casa. Que rabia!

Así que, empezamos extrayendo todas las pilas para evitar cortocircuitos y cortando estos dos primeros remaches con el cúter. Perderemos toda la memoria Ram que mantenía la pila de botón. No así la flash ni obviamente la tarjeta SD que tuviéremos. Tal vez podríamos haber mantenido la Ram con la pila de botón, aunque, francamente, al nivel que la vamos a destripar, ya es lo último que me preocupa. A continuación, separamos las piezas de la carcasa con un fino destornillador plano o espátula, empezando sin miedo por la parte superior de la calculadora y siguiendo poco a poco hacia abajo.
Oiremos nítidos ‘clacks’ al separarlas progresivamente.

Ahora cortamos los dos cables rojos del zumbador para poder abrir totalmente la calculadora. En mi unidad concreta, el buzzer se encontraba bien pegado a la carcasa, así que lo más sensato para no dañar nada fue cortar los cables. En otros modelos éste se desprende fácilmente.

Aquí tenemos las tripas en todo su esplendor, podemos apreciar el microprocesador Samsung 2410 con núcleo ARM920T trabajando a 75Mhz (se puede hacer funcionar hasta a 200Mhz). Estos microprocesadores con arquitectura ARM de reducidas dimensiones y bajo consumo son muy habituales en PDA’s, videoconsolas portátiles, móviles de última generación, electrodomésticos, juguetes, etc…

Tras relajarnos un poquito sintiéndonos ignorantes ante tanta microelectrónica, empezamos a cortar o romper la docena de remaches de plástico que sujetan la placa base. Esto debe hacerse con EXTREMO CUIDADO, bastará con cortar una simple pista de cobre para, muy probablemente, mandar la calculadora a la basura. Nada, sin prisa.
Después quitamos los 6 tornillos que también sujetan la placa y que nos permitirán volver a fijarla en el proceso inverso.

Una vez suelta, debemos desprender de la carcasa toda la placa y pantalla solidariamente, con cuidado de no dañar nada, sobre todo la pantalla, ayudándonos empujando el teclado y/o haciendo palanca muy suave con algún destornillador.

Aprovechamos para limpiarla un poco por dentro y empezamos a estudiar como narices restaurar este desastre de teclado.
Entre los varios que intentaron arreglarla, encontré quienes utilizaron una resina epoxi con acabado flexible y otros adhesivos más o menos resistentes, pero necesariamente flexibles. En mi caso no me mareé mucho y utilicé un pegamento que encontré por casa a base de resina natural. Os recomiendo decantaros, si podéis, por un adhesivo epoxi flexible.

Aquí podemos observar la chapuza pegamentística. También deberemos impregnar los nervios del resto de teclas aún no rotas, al menos las numéricas, ya que, si no, bien sabemos que acabarán perdiendo su limitada capacidad elástica.

Dejamos secar todo tal y como nos indique el fabricante del adhesivo e iniciamos el proceso de re-ensamblaje.

Para volver a fijar la placa usamos los 6 tornillos que quitamos antes utilizando como arandela algunos de los remaches que cortamos, como se puede observar en la foto.
Deberemos disponerlos de forma estratégica por toda la placa, sobre todo en la zona del teclado que será la que soportará la presión de las pulsaciones. Si conseguimos algún tornillo de calibre similar por casa, no vendría mal ponerlo en alguno de los agujeros donde antes había remache. Aun así, con esos 6 tornillos la placa ya no se mueve nada.

Yo encontré unos tornillos muy parecidos en una cámara desechable que, por suerte, aún no se había ido a la basura. Sí, ya sé que sufro un grave síndrome de Diógenes de la electrónica. A veces, pocas, llega a ser útil.

Ahora sólo nos queda volver a soldar el par de cables del buzzer y aislar bien tales empalmes.

También revisaremos el estado de los cuatro cables de alimentación, no vaya a ser que con tanto ajetreo alguno esté a punto de soltarse (o ya esté suelto como en mi caso xD).

Lo montamos y cerramos todo a la inversa de como fue desmontado. Sencillo.

Y, finalmente, usamos otros dos tornillos de esos reciclados para ocupar el lugar de los remaches en el compartimento de las baterías.

Para acabar y quedarnos tranquilos, le hacemos un 'autotest' a la calculadora con ON+F5 (ON+F3 para reiniciar) y comprobamos que todo va perfectamente, sobre todo la pantalla y el buzzer.

Aquí se puede ver el trabajo finalizado con todas las teclas en su sitio y un caprichoso ‘ploteo’ de una catenaria y una parábola (la catenaria es la que acaba por crecer más). Como amena curiosidad del día, os comento que la parábola es la curva funicular que adoptan los cables sometidos a una carga vertical uniforme, como, por ejemplo, en un puente colgante típico con tablero horizontal; mientras que la catenaria es la adoptada por un cable sometido a un campo gravitatorio uniforme, es decir, a su propio peso, como ocurre en el caso de los puentes colgantes simples con el tablero situado sobre el propio cable. Casos parecidos pero bien desiguales.
Bueno, y esto es todo, a ver cuanto nos dura ahora. Está claro que el adhesivo será determinante. De todas formas, al menos te relajas una mañana y vuelves a ver a tu ‘hp’ como nueva. Ya contaréis que pegamento usáis los que os animéis a destriparla. Saludos a todos.

Fins aviat! Hasta pronto.

[Actualización a 25/4/09]: Varias semanas despues... y aguanta.... :)
[Actualización a 20/4/13]: Varios años después... y aguanta. Aunq actualmente no la uso. Pero si me hiciera falta ahí está, pero seguro q sin pilas, claro xD