Aquellos años dorados del HI-FI, Nikko Japan

Los que me siguen ya sabrán de mis pasiones, la electrónica, las radios antiguas y el audio. Y es precisamente este último del que menos he hablado en el blog, sin embargo, me confieso, es mi primer y gran amor, quien despertó mi necesidad de estudio en ingeniería y, en definitiva, a quien más tiempo le he dedicado.

Seguramente, aquellos amantes de lo antiguo notarán cierto comportamiento ciclotímico en mis notas, pasando de una radio de los 40 a un equipo “moderno” de un mes a otro. En verdad, eso no me preocupa, al contrario, intento abarcar a la mayor cantidad posible de lectores siempre dentro de lo que conozco y me gusta. En ese sentido, los que consideren que algo de los 80 es moderno y poco interesante están en libertad de dejar en este punto la lectura.

En el mundo del audio hubo una continua mejora de calidad desde sus comienzos hasta (y esta es mi percepción) fines de los 80, entrando en una meseta en los 90, para decaer a partir de los 2000.

Por supuesto, no todos estarán de acuerdo con esto, podrán argumentar que desde los 2000 el audio digital domina la escena y con ello la calidad está garantizada. ¿Seguro?

En todo caso, esto es tema de un largo debate, café mediante, en el que se mezclan temas técnicos teñidos de aspectos psicológicos y que no tengo intenciones de tocar ahora. Prefiero concentrarme en los datos objetivos.

Para mediados de los 70, el audio había hecho su transición de las válvulas a los transistores con su consecuente mejora en la confiabilidad, estabilidad del sonido, aumentos de potencia y hasta disminución de costos. En lo que respecta a la calidad del sonido, técnicamente, también hubo mejoras, pero ahí entramos otra vez en cuestiones de gustos y el debate de válvulas vs transistor sigue hasta nuestros días.

Las marcas tradicionales de USA o Europa se ven desplazadas (más bien arrolladas) por el líder indiscutido del audio vintage de los 80, Japón, quien ofrece equipos de diseño elaborado, funcionamiento perfecto, bien terminados y a precios competitivos.

Muchas de esas marcas continúan hasta nuestros días, Yamaha, Pioneer, Technics, Nakamichi, etc. son algunos ejemplos del vasto conglomerado electrónico japonés. Otras ya han desaparecido por distintas cuestiones del mercado y, para cumplir con el precepto que dice “el que mucho abarca poco aprieta” es que me voy a concentrar solo en la extinta Nikko Audio Company.

Nikko Audio fue la división de la empresa japonesa Nikko Electric Works que se especializaba en la fabricación de equipos eléctricos y de comunicaciones, la empresa se estableció en diciembre de 1948 y la división de audio se cerró a principios de la década de 1990. Su línea de alta fidelidad se destacó por su excelente relación calidad-precio y, en particular, su electrónica (es decir, amplificadores y sintonizadores) se consideró extremadamente impresionante en términos de valor, sin embargo, la compañía nunca entendió las brillantes tácticas de marketing que usaban otras marcas japonesas y solo obtuvo una distribución limitada, principalmente confinada a América del Norte y Australasia, la división de audio también se conocía como ASTI Pacific.

Hay un giro muy inusual en la historia de la compañía, tan inusual que voy a incluirlo aquí incluso si sucedió después de que la compañía dejó el negocio del audio.

Cuando los mercados asiáticos comenzaron a desplomarse debido a la “gripe asiática” de mediados de los 90, el presidente y principal accionista de Nikko, Goto Tsunemoto, fue uno de los primeros directores ejecutivos japoneses en probar métodos occidentales para responder a la desaceleración de las ventas, inició una serie de despidos que se hicieron sin consultar a los empleados y sindicatos en total contradicción con la tradición local. Esto resultó espectacularmente contraproducente cuando los empleados utilizaron un método novedoso de rebelión, ya que colectivamente poseían poco más del 10 % de la empresa debido a bonificaciones y demás, y según la ley comercial japonesa, un accionista con el 10 % o más de la propiedad puede solicitar la liquidación de la empresa, los empleados obligaron a la empresa a declararse en quiebra a pesar de que las finanzas eran básicamente sólidas, así que en 1998 Tsunemoto se vio obligado a renunciar al directorio de la empresa y más tarde ese año fue adquirida por una empresa de inversiones controlada por los Rotchild. Hay que tener en cuenta que la compañía nunca fabricó televisores o similares, los equipos y grabadoras de video que aparecieron con este nombre en América del Norte fueron vendidos por alguien que se apropió de la marca comercial.

Dejando de lado las cuestiones comerciales y el penoso final de la compañía me gustaría repasar algunos productos que sin duda eran lo mejor de lo mejor en materia de audio.

La mítica serie de amplificadores Nikko Alpha fue sin dudas lo que cualquier audiófilo que se precie desea tener o al menos escuchar. Solo por mencionar uno de ellos, el Nikko Alpha 450, una bestia electrónica que desarrollaba ¡220W (de los buenos RMS) por canal y que aun a esa potencia su distorsión armónica se mantenía en 0.008% hasta los 100Khz! a ver señores, estamos en los 80, ¿Cómo te la cuento? Eso sí, no era para flojitos este amplificador, con su peso de casi 22Kg más vale tener unos buenos brazos a la hora de moverlo. Y por si eso les parece poco basta decir que unos años después salió el Nikko Alpha 800 de 400W por canal sobre carga de 4 ohms, a puro transistor y analógico de principio a fin.

Supongo que a esta altura a varios les estará explotando el cerebro así que volvamos a nuestras insignificantes vidas y hablemos de mi “humilde” Nikko NA-1090.

Una historia más que interesante es como llegó este amplificador a mí. A veces el universo acomoda los eventos y genera tantas casualidades que son difíciles de explicar en palabras, pero para ser conciso, este amplificador perteneció a principio de los 80 a un prestigioso ingeniero del pueblo (Sierras Bayas), Juan Carlos Fava, alguien que inspiró mi vocación por la electrónica. Los años pasaron y en una visita de rutina a mi médico de toda la vida me regala este equipo, bastante maltrecho y a medio reparar. La historia de todo lo que sucedió en el medio da para otro café que estoy dispuesto a invitar a quien quiera escuchar.

El Nikko NA-1090 es similar al NA-990 salvo que éste último no incluye el vúmetro de LEDS, toda una novedad para la época, con 63W rms por canal, 0.02% de distorsión armónica, ancho de banda (caída 1dB) desde 10Hz a 70Khz y una relación señal ruido (SNR) mejor de 100dB lo convierte en un excelente equipo para disfrutar del audio de alta fidelidad hogareño.

Luego de la limpieza y una buena inspección visual descubro que había iniciada una reparación y que uno de los canales no tenía los transistores de salida de curioso encapsulado, el par complementario de Toshiba 2SD845 y 2SB755. Y si conseguir estos transistores era algo difícil en los 80, cuando se fabricaron, hoy sería imposible si no fuese por algún buen samaritano que en algún lugar del mundo los publica en EBay. Por supuesto compré algunos de más, por si las dudas.

Acá voy a hacer un paréntesis para hablar de este par de transistores de potencia. Tanto Toshiba como Hitachi fabricaron transistores bipolares y fets especiales para su uso en las distintas etapas de amplificadores de audio. No conozco otra compañía que haya hecho esto. En principio uno podría pensar que no habría diferencia entre un transistor diseñado para audio frente a uno de uso general. Pero cuando se busca perfección los detalles importan.

Este par de TBJ´s (2SD845 y 2SB755) y muchos otros que le precedieron tienen un conjunto de características que los hacen especialmente adecuados para buscar esa perfección en el audio y no puedo (por razones obvias) hablar de todas ellas, pero por citar solo una, quizás la más importante, la curva de Hfe (ganancia en corriente) del transistor en función de su corriente de colector es mucho más plana que la de un transistor ordinario (por ejemplo un 2N3055, típico de audio de potencia) con lo que el amplificador a lazo abierto ya genera mucha menos distorsión.

Alguien podría pensar ¿a quién le importa la distorsión a lazo abierto si al final se usará con un lazo realimentado negativamente que corrige esa alinealidad? Pues claro está que, salvo raras ocasiones, todo amplificador de audio tiene una o varias formas de realimentación que generan, entre otras cosas, mejoras en la linealidad (consecuente baja en la distorsión) y aumento en el ancho de banda. Pero si hablamos de buscar la perfección entonces ya no alcanza con la realimentación. Es importante que el amplificador de base, a lazo abierto, tenga los mejores parámetros posibles, entre ellos la mejor linealidad posible para que luego, con una pequeña realimentación terminemos por mejorar aún más los mismos. Tengamos en cuenta que la realimentación negativa no es algo mágico que todo lo corrige, tiene sus limitaciones y abusar de ella puede convertir nuestro hermoso amplificador en un perfecto oscilador. Por tanto, este par complementario de salida era una exquisita elección en la búsqueda de la perfección.

Hay varias características de diseño que evidencian el cuidadoso nivel de detalle de los ingenieros japoneses, por cierto, un diseño muy racional y sin compromisos, muy bien logrado. Pero por mencionar un par voy a hacer hincapié en la entrada del amplificador y el acoplamiento entre etapas.

En la imagen anterior se pueden ver resaltado los transistores de entrada, un clásico y eficiente par diferencial. La topología de par diferencial tiene muy buenas características inherentes y algunas limitaciones que si son bien abordadas pueden ser despreciables.

Se puede demostrar matemáticamente que la figura de ruido total de n etapas en cascada de audio depende de la figura de ruido de la primera etapa básicamente, y el ruido aportado por las siguientes etapas se ve dividido por la ganancia de la etapa que le precede. Por tanto, la etapa de entrada es crítica a la hora de mantener el ruido bajo de todo el amplificador. Los ingenieros de Nikko tomaron nota de esto y pusieron un par diferencial de transistores tipo JFet de ultra bajo ruido que aportan varias otras ventajas, esto parece fácil hoy, pero a fines de los 70 implicaban el uso de lo último en tecnología. Pero el cuidado en torno a esta etapa no termina con una buena elección de transistores. También es crítico que este par de transistores sean lo más similares posibles sobre todo cuando el resto del amplificador se acopla en corriente continua. Muchos fabricantes optan por seleccionar estos transistores de entre grupos de similares características testeando uno por uno. Pero Nikko, en otra llamativa apuesta, utiliza un arreglo que incluye ambos fets en el mismo encapsulado y con ello se asegura el perfecto apareamiento de ambos dispositivos no solo eléctricamente sino también térmicamente evitando así cualquier deriva en su polarización por diferencias de temperatura durante su operación. El 2SK150A es el par de jfets dentro de un único encapsulado elegido, sin duda lo mejor que se podía usar en la época y me atrevo a decir que aun hoy.

Si la elección de este par ya es suficiente para pensar que se está en presencia de algo superior hay que ver que ahí no queda el tema. La corriente de source de los fets, que es importantísima para mantener otro parámetro a raya, la relación de rechazo en modo común (CMRR), está estabilizada mediante diodos zener. Para simplificar, esto asegura un alto rechazo a los ruidos de modo común, baja captación de zumbidos y libera de trabajo a la fuente de alimentación ya que posibilita que la misma no requiera ninguna estabilización adicional pudiendo resolverse con un simple transformador, puente rectificador y filtros electrolíticos.

La segunda característica que quiero mencionar y que implica un desafío técnico importante es el acoplamiento entre etapas. El amplificador tiene un diseño simétrico desde el principio para un funcionamiento en clase AB y todas sus etapas están acopladas en corriente continua. Obviamente todos los amantes del audio quisieran tener un amplificador que responda de forma plana desde prácticamente 0Hz hasta mucho más allá de los 20Khz. Pero esto no es fácil de lograr. Tengamos en cuenta que las diferentes etapas del amplificador tienen diferentes tensiones de polarización y que además la misma tiene tolerancias importantes debido a los componentes y a la deriva térmica de los transistores. Tradicionalmente, esto se resuelve desacoplando las etapas en DC mediante el uso de capacitores de paso. El problema es que éstos introducen un corte en baja frecuencia y algunos otros efectos en la fase de la señal. Los mismos pueden hacerse tan grandes como para que ese corte sea muy bajo, pero eso tampoco está libre de problemas. Nikko fue a fondo con esto, si se quiere respuesta plana desde 0Hz no puede haber capacitores en el camino de la señal y no se hable más.

Esta decisión implica un diseño cuidadoso en donde cada etapa tiene que contemplar no solo su propia configuración sino también la influencia de la etapa previa y posterior, todo un quebradero de cabeza para el cálculo en sí mismo, que además debe considerar el efecto de las variaciones en la polarización de las mismas producidas por variaciones en la tensión de alimentación, en la temperatura de los dispositivos y en la tolerancia de fabricación de los mismos.

Todo ello fue tenido en cuenta. Primero la selección de componentes, los más críticos son elegidos dentro de tolerancias muy bajas, ya sean resistencia como transistores y esto es algo a tener en cuenta si usted tiene serias intenciones de reparar un equipo de estos y no terminar con una habitación llena de humo y olor a pertinax quemado.

Para compensar las pequeñas tolerancias y lograr el punto de polarización adecuado no queda más alternativa que incluir ajustes. El primero de ellos (R717) ubicado sobre el espejo de corriente del diferencial de entrada corrige la simetría del funcionamiento AB (simetría entre hemiciclo positivo y negativo); En ausencia de señal de audio, si ambas ramas están equilibradas, la tensión continua en la salida (offset) debería estar en torno a 0V. El fabricante admite como máximo +/- 40mV de tensión DC en la salida. El segundo ajuste es el que determina la transición entre el funcionamiento en clase A y clase B (en clase A se amplifica todo el ciclo mientras en que clase B una rama amplifica el hemiciclo positivo y otra el negativo). Normalmente, una pequeña fuente de tensión polariza la base de los transistores de salida al punto exacto donde comienzan a conducir (0.6V para los transistores de silicio) de forma tal que no exista un “hueco” de amplificación cuando se produce la transición de un hemiciclo a otro. Este es el origen de la distorsión por cruce, y aparece siempre en los amplificadores clase B. Con esta polarización se minimiza la misma y convierte al amplificador en clase A hasta los 0.6V (según el tipo de transistor de salida) y de ahí en adelante en clase B.

En la práctica, a este ajuste se lo denomina ajuste de corriente en reposo. Una baja o nula corriente en reposo da como resultado una alta distorsión por cruce (que al oído se nota y feo) y una alta o elevada corriente en reposo genera un calentamiento excesivo y pérdida de eficiencia de la etapa de salida aun en ausencia de señal. El fabricante sugiere ajustar R741 para una corriente de reposo del par de salida entre 20 y 40mA, para lo que la tensión entre los TP (test point) debería estar entre 9.4mV y 18.8mV una vez alcanzada la temperatura de estabilización del circuito.

Y ya que tocamos el tema de la temperatura no podemos dejar de observar cómo se estabiliza el circuito al respecto. Una desagradable (o no según se saque o no partido de ella) propiedad de los transistores bipolares de silicio es que la tensión de conducción base emisor (Vbe), que está en torno a los 0.6V (a 25°) tiene una deriva térmica de -2.5mV/°C. Si tenemos en cuenta que el par de transistores de salida fácilmente alcanzará una temperatura de juntura de 100°C o incluso superior (Tj max : 150°) entonces, si no contamos con algún sistema de realimentación y estabilización térmica todo el sistema de ajuste de reposo visto anteriormente termina siendo una bomba de relojería.

Y es que, por su coeficiente negativo, al elevarse la temperatura, caerá la Vbe (hasta 0.45V o menos) y con ello aumentará la corriente en reposo de forma exponencial lo que ocasionará más calentamiento y así sucesivamente entrando en un círculo vicioso que acabará con los transistores de salida. Esta avalancha térmica es simple de entender cuando se comprende la física involucrada en los transistores, pero, aunque parezca sorprendente no todos los fabricantes de equipos de audio lo abordan con seriedad al tema. Obviamente todos ven el efecto, calentamiento excesivo hasta el punto de quemarse los transistores. Recurren a disipadores más grandes de lo que el cálculo determina, a ventiladores e incluso a eliminar la polarización de reposo con resultados espantosos en lo que a distorsión se refiere a baja potencia.

Nikko aborda el problema de forma contundente y efectiva, sin compromisos. Por un lado, acopla térmicamente el transistor que oficia de fuente de tensión para la polarización, el mismo que regula la corriente de reposo, asegurándolo sobre el mismo disipador de los transistores de salida. Con ello, a medida que los transistores de salida se calienten y decaiga su Vbe también se calentará en la misma medida este transistor de polarización y también reducirá su Vbe (para ello es importante que este transistor de polarización tenga una curva de Vbe similar a la de los transistores de salida), con ello se baja la tensión de polarización y se estabiliza el punto de operación de manera de no generar una embalada térmica. Por otro lado, sobre los emisores de los transistores de salida hay dos pequeños (pequeño valor óhmico) resistores (R769 y R771) de 0.47 ohms que generan un efecto de realimentación negativa, pero en este caso sobre la corriente de colector del transistor. A medida que aumenta la corriente de colector (en rigor la de emisor, pero podemos despreciar la de base) aumenta la caída de tensión sobre estos resistores y con ello decae la tensión Vbe de polarización del transistor. Como uso secundario, la caída de tensión sobre estos resistores se usa para supervisar la corriente de salida y proteger los transistores ante una sobrecarga o cortocircuito.

Con estos dos mecanismos de estabilización térmica el amplificador puede usar un disipador más chico y aun así mantener la seguridad y calidad de audio a cualquier rango de temperatura de operación.

Con todo esto y varias cosas más pero que por razones obvias de espacio no puedo seguir describiendo este amplificador logra unas características de funcionamiento sobresalientes incluso más de 40 años después de su lanzamiento. Quienes deseen ver más en detalle el mismo en la sección de recursos pueden descargar el manual de servicio.

Conclusiones:

Los 80 vieron surgir equipos de audio de alta fidelidad como hongos después de la lluvia, producto de avances tecnológicos y un país como Japón con ansias de posicionarse en lo más alto de la tecnología.

Este amplificador es el eslabón final en la cadena de elementos activos de audio. Nikko tenía la respuesta a cada uno de esos eslabones con productos que harían suspirar a más de un fanático.

En el campo, este amplificador tiene un sonido limpio, sin que ninguna frecuencia tome protagonismo por sobre otra, muy analítico podría decirse. No se aprecian ni distorsiones ni ruidos en todo el rango de escuchas normales. Sus potenciómetros y conmutadores son de una calidad sin igual y funcionan perfectamente sin acusar desgaste a pesar de los años. Los controles de tonos son sutiles, como debe ser, y no actúan de forma muy invasiva, además pueden ser completamente bypaseados mediante un selector. La potencia que desarrolla, si se acompaña de unas cajas acústicas acordes, es más que suficiente para que los bajos hagan temblar la estructura de nuestro hogar.

Y aunque el tema me apasione y quisiera seguir describiendo y analizando cada uno de los detalles de este amplificador, entiendo que muchos ya se habrán aburrido por lo tanto hasta aquí llega mi análisis del Nikko NA-1090 para dejar paso a las fotos del amplificador, el sintonizador analógico y un tape que funciona de forma exquisita. Por supuesto, si hay foto hay video.