Avantages du fonctionnement direct en tension constante des amplificateurs de puissance Crown
Les compagnies d'électricité ont eu une bonne idée, qui a été transposée à l'ingénierie audio. Lorsqu'elles font circuler l'énergie sur des kilomètres de câbles, elles réduisent au minimum les pertes résistives en transportant l'énergie sous haute tension et faible courant. Pour ce faire, elles utilisent un transformateur élévateur à la centrale électrique et un transformateur abaisseur chez chaque client. Cela réduit les pertes de puissance dues à l'échauffement I2R des câbles d'alimentation.
La même solution peut être appliquée aux communications audio sous la forme d'un système à tension constante (généralement 70 volts). Un tel système est souvent utilisé lorsqu'un seul amplificateur de puissance alimente de nombreux haut-parleurs par de longs câbles (plus de 50 pieds). Parmi les exemples de cette situation, on trouve les systèmes de haut-parleurs distribués pour la sonorisation, la recherche de personnes ou la musique de fond à faible niveau SPL.
Qu'est-ce que la tension constante ? L'appellation « tension constante » prête à confusion, car la tension n'est en réalité pas constante avec un signal audio. Un meilleur terme pourrait être « haute tension ».
La figure 1 montre un système haute tension typique. Un transformateur à la sortie de l'amplificateur de puissance élève la tension à environ 70 volts à pleine puissance. Chaque haut-parleur dispose d'un transformateur abaisseur qui adapte la ligne 70V à l'impédance de chaque haut-parleur. Les primaires de tous les transformateurs de haut-parleur sont en parallèle sur le secondaire du transformateur de l'amplificateur de puissance.
Figure 1. Système audio à tension constante (haute tension).
La ligne de signal vers les haut-parleurs est à haute tension, à faible courant et généralement à haute impédance. Les valeurs de ligne typiques pour un amplificateur de 100 watts sont 70V, 1,41 ampères et 50 ohms.
D'où vient le nom de la ligne 70V ? L'objectif était d'avoir 100V crête sur la ligne, soit 70,7V rms. La valeur techniquement correcte est 70,7V rms, mais « 70V » est le terme courant. Il y a 70 volts sur la ligne à la sortie maximale de l'amplificateur avec un signal sinusoïdal. La tension réelle dépend de la puissance nominale de l'amplificateur et du rapport de transformation du transformateur. Dans un système 70V, la tension du signal audio peut même ne jamais atteindre 70V. À l'inverse, les crêtes du signal audio peuvent dépasser 70V.
Diverses tensions ont été essayées, notamment 25, 35, 50, 70, 100, 140 et 200 volts, mais le système 70V est devenu le plus répandu. Bien que rare, le système 200V a été utilisé pour des longueurs de câble dépassant un mile.
Avantages du fonctionnement en haute tension
Comme indiqué précédemment, une ligne haute tension réduit les pertes de puissance dues à l'échauffement des câbles. En effet, le câble de haut-parleur transporte le signal audio sous forme d'un courant faible. Par conséquent, vous pouvez utiliser un câble de haut-parleur de plus petit calibre ou de très longs câbles sans pertes de puissance excessives.
Un autre avantage du fonctionnement en haute tension est que vous pouvez plus facilement fournir à l'amplificateur une charge adaptée. Supposons que vous deviez connecter des dizaines de haut-parleurs à une seule sortie d'amplificateur 8 ohms. Il peut être difficile de câbler les haut-parleurs dans une combinaison série-parallèle ayant une impédance totale de 8 ohms. De plus, il est déconseillé de câbler les haut-parleurs en série, car si un haut-parleur tombe en panne, tous les haut-parleurs en série sont perdus. Cela change l'impédance de charge vue par l'amplificateur de puissance.
Avec un système haute tension, vous pouvez connecter en parallèle des centaines de haut-parleurs sur une seule sortie d'amplificateur, à condition de fournir une charge adaptée. De plus, un système distribué haute tension est relativement facile à concevoir et permet une flexibilité dans les réglages de puissance grâce aux multiples prises sur les transformateurs de haut-parleur.
Un transformateur élévateur externe n'est pas la seule façon d'obtenir une haute tension de l'amplificateur. Certains amplificateurs ont des transformateurs élévateurs intégrés, tandis que d'autres fournissent une sortie haute tension sans transformateur (directe).
Pallier les défauts des transformateurs élévateurs
L'un des inconvénients des transformateurs est leur coût. Surtout si vous utilisez de gros transformateurs pour étendre la réponse dans le grave, le coût unitaire peut atteindre 70 à 200 dollars. Un autre inconvénient est que les transformateurs peuvent dégrader la réponse en fréquence et ajouter de la distorsion - à la fois du côté de l'amplificateur et du côté du haut-parleur.
La moitié de ce problème a été résolue en 1967 lorsque Crown International a lancé le DC-300. C'était très probablement le premier amplificateur de puissance à semi-conducteurs de forte puissance et à faible distorsion capable d'alimenter directement une ligne 70V sans transformateur élévateur. Et en juin 1987, le Macro-Tech 2400 a été lancé, capable d'alimenter directement une ligne 100V. Les amplificateurs Com-Tech et CTs ont également cette capacité. Ainsi, aujourd'hui, seuls les haut-parleurs ont besoin de transformateurs pour abaisser la tension.
L'avantage de la haute tension directe
Comme indiqué précédemment, il y a trois options d'amplificateur de puissance qui fournissent une sortie haute tension. L'amplificateur peut disposer :
- d'un transformateur élévateur externe
- d'un transformateur élévateur intégré
- d'une sortie haute tension sans transformateur
De nombreux amplificateurs haute puissance peuvent alimenter les lignes 70V directement sans transformateur de sortie, simplement parce qu'ils fournissent une haute tension de sortie. Par exemple, un Crown DC-300 fournit 35 volts par canal en charge, ou 70 volts en mode pont mono. Un amplificateur de 1000 watts alimentant une charge totale de 4 ohms fournit 63 volts.
L'approche directe haute tension élimine les inconvénients des transformateurs :
- coût
- poids
- largeur de bande limitée
- distorsion
- saturation du noyau aux basses fréquences
Examinons plus en détail le problème de saturation du noyau. Les systèmes de sonorisation peuvent générer des basses fréquences indésirables, dues par exemple à un microphone tombé ou à un micro à alimentation fantôme débranché. Les basses fréquences à haute puissance tendent à saturer le noyau d'un transformateur. Moins il y a de fer dans le transformateur, plus il est susceptible de saturer.
La saturation réduit l'impédance du transformateur, ce qui à son tour peut faire entrer l'amplificateur en limitation de courant. Lorsque cela se produit, le transformateur génère des pointes de tension négatives qui remontent vers l'amplificateur - un phénomène appelé « flyback ». Ces pointes produisent un son râpeux et distordu. De plus, une charge d'impédance aussi basse peut provoquer la défaillance de l'amplificateur de puissance.
Les amplificateurs Crown sont conçus avec une capacité de courant élevée pour supporter ces contraintes dans le grave. Les amplificateurs de série sont soumis à un « test de torture ». Chaque amplificateur doit fournir un signal de 15 Hz à pleine puissance dans un transformateur DCA Power saturé pendant 1 seconde sans attraper de hernie !
De nombreux transformateurs sont réactifs, donc leur impédance varie avec la fréquence. Certains transformateurs 8 ohms descendent jusqu'à 1 ohm aux basses fréquences. C'est une autre raison de spécifier un amplificateur avec une capacité de courant élevée.
Modèles récents capables de fonctionner directement en tension constante
La série Crown Com-Tech a été la première à offrir une sélection indépendante de fonctionnement à haute et basse impédance pour un canal spécifique, et les amplificateurs des séries CDi et CTs poursuivent cette tradition, avec des niveaux de puissance et des fonctionnalités soigneusement choisis pour s'intégrer dans les projets d'installation fixe.
La série Crown CDi fournit 70V (mode Dual) et 140V (mode pont) ainsi que le fonctionnement à basse impédance (2/4/8 ohms). Les amplificateurs de la série CTs fournissent une tension constante directe (70V/100V/140V/200V) ou un fonctionnement à basse impédance (2/4/8 ohms). En mode Dual, les CTs 600/1200 peuvent alimenter les lignes 25/50/70V ; les CTs 2000/3000 peuvent alimenter les lignes 25/50/70/100V. En mode Bridge-Mono, les CTs 600/1200 peuvent alimenter les lignes 140V ; les CTs 2000/3000 peuvent alimenter les lignes 140V et 200V.
Avec les amplificateurs des séries CDi et CTs, un canal peut alimenter les haut-parleurs basse impédance, tandis qu'un autre canal alimente les haut-parleurs avec transformateurs 70V. Cela facilite la mise en place d'un système avec de grands haut-parleurs basse impédance pour la couverture locale et des haut-parleurs distribués 70V pour les salles éloignées - le tout avec un seul amplificateur.
Accessoires
Si vous disposez d'un amplificateur conventionnel avec sorties basse impédance uniquement et que vous souhaitez un fonctionnement 70V ou 100V, Crown dispose des accessoires nécessaires. Le TP-170V est un panneau avec quatre autotransformateurs intégrés qui convertissent quatre sorties basse impédance en haute impédance. Le T-170V est un autotransformateur unique remplissant la même fonction.
Pour toute aide supplémentaire à la conception d'un système à tension constante, consultez les outils de conception Crown. Vous y trouverez un calculateur qui peut vous aider à tester ce que vous avez appris dans cet article ou à concevoir votre prochain système à tension constante.
Compte tenu des nombreux avantages du fonctionnement direct en tension constante, nous vous suggérons de spécifier les amplificateurs Crown dans votre prochaine installation de haut-parleurs distribués.