Un poco de historia sobre un dispositivo eternamente fascinante
Protagonistas exclusivas del panorama del audio durante décadas, las válvulas de vacío, válvulas en lenguaje coloquial, han seguido en cierto modo, por lo menos en lo que a sonido doméstico se refiere, una trayectoria conceptualmente muy similar -esto lo podemos decir gracias la perspectiva que sólo puede dar el tiempo- al disco de vinilo. No exagero: desde el punto de vista “práctico”, las válvulas son un engorro por tamaño, calentamiento, fiabilidad, y, en según qué casos, también precio. Un poco como el disco de vinilo, cuya perfecta reproducción requiere el cumplimiento de una especie de liturgia que no todo el mundo está dispuesto a aceptar y que lo convierte en un formato bastante incómodo… como mínimo, poco práctico. En consecuencia, a la que aparecieron sustitutos más versátiles, tanto el decano de los dispositivos electrónicos como el de la escucha musical doméstica en Alta Fidelidad estuvieron a punto de pasar a mejor vida: recuerden si no lo que sucedió con las válvulas en las décadas de los 70’ y los 80’ y con el vinilo en la segunda mitad de los 80’ y la práctica totalidad de la década de los 90’. Sin embargo, nadie negó nunca la musicalidad de ambas opciones pese a la obvia existencia de fanáticos del “solid state” -ya saben: transistores bipolares, FET, MOSFET- en el campo de la electrónica y de lo digital, en este caso vía CD, en de los soportes para música grabada. Pero válvulas y vinilos se mantuvieron pese a la carencia de modelos fiables en el caso de las primeras y la virtual desaparición de ediciones de música “mainstream” -música clásica, aunque no jazz, incluida- en los segundos. Las líneas que siguen están dedicadas a glosar la historia de los dispositivos de vacío, que desde los años 90’ del siglo pasado han experimentado un resurgimiento espectacular a todos los niveles -hasta el punto de haber aparecido válvulas de nueva generación específicamente dedicadas al audio- que se puede constatar en el espectacular número de realizaciones que los incorporan y su presencia imprescindible en la totalidad de certámenes dedicados al audio High End que se celebran en todo el mundo.
Todo comenzó en 1904 con John Ambrose Fleming y su “válvula oscilante”
¿Y qué era la “válvula oscilante”? Pues básicamente un diodo rectificador -un dispositivo formado por dos elementos- basado en la bombilla de dos elementos inventada por Edison en 1883 para demostrar la emisión termoiónica, es decir la transferencia de electrones de un elemento a otro. En concreto, un cátodo calentado que emite electrones que son atraídos por un ánodo cargado positivamente. Dos años después, el inventor estadounidense Lee De Forest desarrolló el triodo. En un intento para esquivar la patente de Fleming, De Forest añadió un tercer elemento que llamó rejilla. Así, si se aplica una señal a la rejilla, ésta modula el flujo de electrones hacia el ánodo en función de dicha señal, haciendo la amplificación posible. Aunque es cierto que los transformadores amplifican señales, las válvulas triodo pueden considerarse como la primera tecnología de amplificación electrónica que llegó a buen puerto.
Las primeras válvulas no estaban encerradas en un vacío completo porque el papel de las partículas de aire todavía no se había comprendido del todo; de ahí que los dispositivos en cuestión se agotaran rápidamente. Fue en los alrededores de 1914 que las válvulas de larga duración aparecieron en EE.UU., utilizándose triodos de la francesa R en grandes cantidades para comunicaciones durante la Primera Guerra Mundial. Fue en esa época cuando discrepancias entre el gobierno estadounidense y Marconi -que poseía muchas patentes de radio- llevaron al primero a tomar el control de la tecnología de la radio para que no dependiera de intereses extranjeros. Esto se consideró crucial desde el punto de vista militar, por lo que se fundó RCA -Radio Corporation of America- para obtener activos y patentes con el fin de controlar el desarrollo de la radio y la producción de válvulas, aunque, posiblemente, el fabricante de válvulas que goza de mayor renombre es la británica Mullard, fundada en 1920.
Las válvulas continuaron mejorando a grandes pasos en la década de los años 20’, desarrollándose más triodos especializados para uso comercial en los últimos años de dicha década. Algunos ofrecían más potencia de salida, mientras que otras eran más adecuadas para la amplificación de señales pequeñas, como por ejemplo la válvula de calentamiento indirecto 27. Las válvulas de calentamiento directo, en las que el elemento cátodo inicial se calienta por sí solo, fueron la norma hasta principios de la década de los 30’. Las válvulas de calentamiento indirecto utilizan un elemento de calentamiento separado para alimentar el cátodo, lo que tuvo como resultado una reducción de los niveles de ruido que resultó muy ventajosa, en especial para válvulas que manejan señales muy débiles. A la que la citada década progresaba, fueron apareciendo nuevos tipos de válvulas. Así, el tetrodo para pequeña señal formado por cuatro elementos añadía una rejilla pantalla para limitar las interacciones entre la rejilla y el ánodo, mientras que el pentodo, formado por cinco elementos y que apareció años después, añadió una rejilla supresora para guiar mejor los electrones hacia el ánodo. Dicho esto, resulta interesante saber que los dispositivos de vacío más antiguos “resucitados” en su momento para amplificación de alta calidad “moderna” fueron la PX-4, comercializada inicialmente en 1928, y la 45, que vio la luz en 1929.
Sobra decir que la reproducción sonora también mejoró considerablemente en la década de los 20’, con ingenieros de audio pioneros como Rice y Kellogg estableciendo muchos principios fundamentales de la misma en 1925 al tiempo que mejorando de manera sustancial la tecnología del transductor electrodinámico. Se necesitaban amplificadores para realizar estas nuevas tareas y empresas como la estadounidense Western Electric dieron pasos importantes para que los amplificadores lineales fuesen una realidad. Así, en 1924 empezaron a aparecer grabaciones de audio electrónicas en disco, mientras que la llegada de las denominadas “Talkies” -películas con diálogos audibles- implicaba la necesidad de sistemas PA -Refuerzo Sonoro- de alta potencia para llenar los cines de sonido. Puesto que incluso los amplificadores más grandes sólo podían producir unos pocos vatios, las cajas acústicas de alta eficiencia eran esenciales.
Topologías circuitales y clases de funcionamiento: la clave en audio
Los circuitos “single-ended” son la topología de amplificación más antigua y simple. Utilizan una única válvula de salida para alimentar una caja acústica. Por su parte, los amplificadores “push-pull” utilizan dos válvulas funcionando en los extremos opuestos del ciclo de señal, pudiendo trabajar en Clase A, en Clase B o en Clase AB dependiendo de cómo están configurados. Por el contrario, y como consecuencia de su naturaleza, los circuitos “single-ended” sólo pueden funcionar en Clase A. Los circuitos “single-ended” y “push-pull” en Clase A poseen sus propias ventajas y desventajas, pero representan los mejores modos de funcionamiento en términos de calidad sonora, mientras que en sus homólogos en Clase B y AB las válvulas de salida se activan y desactivan en función del ciclo de señal. En este sentido, es importante saber que, para un circuito dado, cuando la potencia de salida aumenta también lo hace la distorsión, a la vez que la acción de conmutación puede provocar una distorsión audible muy desagradable.
Puede decirse que en la década de los 30’ el diseño de válvulas de vacío alcanzó una cierta madurez con la introducción de nuevos triodos de alta potencia con calentamiento directo como el 2A3 (1932) y el 300B (1938), que no pocos aficionados prefieren antes que válvulas de potencia desarrolladas más tarde. Todo ello sin olvidar otro diseño mítico: el también triodo 845, comercializado inicialmente por RCA en 1931, y uno de sus ancestros más idolatrados, el 211, puesto a punto por Western Electric en 1921. En los años 90’, el 2A3 y el 300B se hicieron populares para su empleo en amplificadores High End como consecuencia de la extremadamente alta calidad sonora que pueden alcanzar. Por su parte, también vieron la luz numerosas válvulas de pequeña señal -ya con calentamiento indirecto como estándar- con una drástica reducción de su tamaño, caso del triodo 6J5 introducido en 1935 y ancestro del popular doble triodo 6SN7, que vio la luz en 1941 y que básicamente estaba formado por dos 6J5 en la misma envoltura de vidrio. También hay que decir que hubo dificultades en utilizar tetrodos como válvulas de potencia hasta la invención del tetrodo de haces, alias “beam tetrode”, que mejoró el guiado de electrones, siendo los primeros dispositivos de este tipo el 6L6 (KT66), con calentamiento indirecto, que vio la luz en 1936, y el 6V6, este último de menor potencia utilizado a menudo en radios. Ambos modelos continúan siendo muy populares.
El interés del gran público por el sonido aumentó de manera considerable en la década de los 30’ y los diseñadores eran conscientes de ello, aunque en realidad en aquella época no existía una industria de la Hi-Fi propiamente dicha pese que en algunas emisoras de radio se empezaba a hablar del tema. El triodo seguía siendo la válvula de potencia más usada, aunque la invención de la realimentación negativa por Harold Black en 1927 cambiaría esto a medida que sus ideas fueron exploradas en las décadas de los 40’ y los 50’. Los pentodos y los tetrodos de haces producen potencias más elevadas, pero tienen una impedancia de salida más alta, lo que los hace poco adecuados para el acoplo directo a cajas acústicas. También generan mucha más distorsión, incluyéndose en la misma un nivel proporcionalmente más alto de distorsión armónica o de orden impar, menos agradable para el oído. Por el contrario, los triodos son los diseños más intrínsecamente lineales -es decir los que menos distorsionan- y sus patrones de distorsión primaria de orden par son considerados como los menos invasivos desde el punto de vista subjetivo. El diseño de amplificadores continuó mejorando en la década de los 30’, llegándose a un punto en el que se pensó que la calidad ya no podía mejorar de manera significativa… una idea que sería desestimada en los 50’ cuando aparecieron amplificadores “push-pull” de potencia superior basados en pentodos “domesticados” con niveles de realimentación negativa moderados que acabarían convirtiéndose en la norma pese a que amplificadores construidos en los años 30’, caso de los modelos para cine de Western Electric equipados con triodos 300B en etapas de salida “single-ended”, gozan todavía de un gran predicamento entre no pocas comunidades de entusiastas de la Alta Fidelidad de hoy en día.
En cualquier caso, las etapas de salida “single-ended” empezaron a caer en desuso al tener los más populares circuitos “push-pull” en Clase A la ventaja de cancelar distorsiones molestas, hasta el punto de que no fue hasta los 70’ cuando se redescubrieron los méritos de los amplificadores “clásicos, y, como consecuencia de ello, a partir de los 90’ se han utilizado muchas etapas de salida “single-ended” en muchos amplificadores de nueva generación. En cuando a las válvulas para pequeña señal, cada vez más compactas y menos golosas en términos de consumo, hay que destacar que a partir de 1946 se introdujeron en el mercado los dobles triodos de la popularísima serie “12A… 7”, léase 12AT7/ECC81, 12AU7/ECC82 y 12AX7/ECC83.
Más mejoras: acoplamiento de cátodo y transformadores
Como consecuencia de la aplicación de la realimentación, a finales de la década de los 40’ aparecieron innovaciones tan relevantes como el acoplamiento catódico, utilizado por marcas como McIntosh, en el que el cátodo es conectado a un devanado adicional situado en el transformador de salida -distinto del correspondiente al ánodo- que aplica realimentación. El célebre circuito “Ultra Linear”, donde una conexión procedente de un transformador de salida envía realimentación de nivel optimizado a la rejilla pantalla de tetrodos/pentodos reduce la distorsión. En términos generales, la aplicación de realimentación permite reducir la distorsión hasta niveles aceptables, motivo por el que se utiliza de manera generalizada en los amplificadores que trabajan en Clase AB.
Lo que acabamos de decir nos lleva a otro elemento fundamental de los amplificadores a válvulas: los transformadores de salida. El motivo es el siguiente: puesto que las válvulas de potencia generan tensiones -voltajes- e impedancias, necesitan transformadores de salida para adaptarse a las cajas acústicas. Sin embargo, dichos transformadores degradan la calidad sonora, son caros y difíciles de diseñar correctamente, al tiempo que limitan el uso de realimentación. De ahí la aparición de los amplificadores OTL, siglas de “Output-Transformer-Less”, altamente ineficientes pero con una impedancia de salida mucho más baja, y que a pesar de las mejoras que experimentaron desde la solución propuesta por el ingeniero electrónico estadounidense Julius Futterman en 1954 y modificaciones de la misma reintroducidas en la década de los 80’, prácticamente se han descartado como consecuencia de su incapacidad para rendir al 100% con la inmensa mayoría de cajas acústicas.
Para finalizar
En pleno tercer milenio, y con las electrónicas a válvulas gozando de una sólida salud en el universo del audio High End, vale la pena recordar que el grueso de las válvulas de potencia más ampliamente conocidas -y usadas- en la actualidad proceden de los últimos días del desarrollo de los dispositivos en cuestión. Es el caso de los pentodos EL34 (6CA7) y EL84 (6BQ5), ambos comercializados en 1953. Así, por regla general dos EL34 entregan 25 vatios montadas en “push-pull” Clase A, mientras que sus hermanas pequeñas, también muy populares, entregan más o menos la mitad de la citada potencia. Por su parte, el tetrodo de haces KT88, lanzado al mercado en 1957 y una de las últimas válvulas de éxito, con dos unidades de la misma en “push-pull” Clase A entregando unos 40 vatios. Una innovación que se detuvo con la llegada del transistor en la década de los 50’ y su empleo en la Hi-Fi de gran consumo a principios de los 60’, hasta el punto de que a finales de dicha década los amplificadores a válvulas eran generalmente considerados obsoletos, aunque algunos entusiastas del audio mantenían que sonaban mejor que sus homólogos transistorizados. No voy a hablarles sobre lo que vino después porque presupongo que muchos de nuestros lectores no sólo ya lo saben sino que lo disfrutan, pero la feliz realidad para los amantes del sonido absoluto es que las válvulas de vacío, con dispositivos de nueva factura como las válvulas de potencia KT120 y KT150 y con otros hiperclásicos como el triodo 300B fabricados de nuevo en su país de origen, están entre nosotros más vivas que nunca, beneficiándose además de poderosas mejoras en tecnología que les permite multiplicar su fiabilidad. Y si alguien tiene alguna duda, la respuesta la encontrará en la actual “cohabitación” de marcas tan rabiosamente puristas como las rompedoras Aries Cerat y SW1X Audio Design o tan espléndidamente atemporales como la japonesa Air Tight.
