Crownパワーアンプにおける直接定電圧動作の利点

電力会社には優れたアイデアがあり、それがオーディオ工学に応用されています。数マイルにわたるケーブルで電力を送る際、高電圧・低電流で電力を送ることで抵抗による電力損失を最小限に抑えています。そのために、発電所では昇圧トランスを、各顧客の場所では降圧トランスを使用します。これにより、電力ケーブルのI²R加熱による電力損失が低減されます。

同じ手法は、定電圧システム(通常70ボルト)という形でオーディオ伝送にも応用できます。このようなシステムは、1台のパワーアンプが長いケーブル(50フィート以上)を通じて多数のスピーカーを駆動する場合によく使用されます。その例としては、PA、ページング、または低SPLのバックグラウンドミュージック用の分散型スピーカーシステムがあります。

定電圧とは何でしょうか。オーディオプログラムでは電圧は実際には一定ではないため、「定電圧」という呼び方は誤解を招いてきました。「高電圧」という用語の方がより適切かもしれません。

図1は典型的な高電圧システムを示しています。パワーアンプ出力のトランスが、フルパワー時に電圧を約70ボルトまで昇圧します。各スピーカーには、70Vラインを各スピーカーのインピーダンスに整合させる降圧トランスがあります。すべてのスピーカートランスの一次側は、パワーアンプのトランス二次側に並列接続されています。

図1. 定電圧(高電圧)オーディオシステム。

スピーカーへの信号ラインは高電圧、低電流、そして通常高インピーダンスです。100ワットアンプの典型的なライン値は、70V、1.41アンペア、50オームです。

70Vラインはどのように命名されたのでしょうか。もともとはライン上のピーク電圧を100V、すなわち70.7V rmsにすることを意図していました。技術的に正しい値は70.7V rmsですが、「70V」が一般的な用語です。正弦波信号でアンプが最大出力のとき、ライン電圧は70ボルトになります。実際の電圧は、パワーアンプのワット数定格とトランスの昇圧比に依存します。70Vシステムにおけるオーディオプログラム電圧は、70Vに達しないこともあります。逆に、オーディオプログラムのピークは70Vを超えることもあります。

25、35、50、70、100、140、200ボルトなど、さまざまな電圧が試されてきましたが、70Vシステムが最も広く普及しています。稀ですが、200Vシステムはケーブル長が1マイルを超える場合に使用されています。

高電圧動作の利点

前述のとおり、高電圧ラインはケーブル加熱による電力損失を低減します。これは、スピーカーケーブルが低電流でオーディオ信号を伝送するためです。その結果、より細いゲージのスピーカーケーブルを使用したり、過度な電力損失なく非常に長いケーブルを使用したりできます。

高電圧動作のもう1つの利点は、アンプに整合負荷を提供しやすくなることです。数十台のスピーカーを1台の8オームアンプ出力に接続する場合を考えてみましょう。総インピーダンスが8オームになるように、スピーカーを直列並列の組み合わせで配線するのは困難な場合があります。また、スピーカーの直列接続は避けるべきです。1台のスピーカーが故障すると直列につながったすべてのスピーカーが鳴らなくなり、パワーアンプから見た負荷インピーダンスも変化するためです。

高電圧システムでは、整合負荷を提供すれば、1台のアンプ出力に数百台のスピーカーを並列に接続できます。さらに、高電圧分散型システムは設計が比較的容易で、スピーカートランスの複数のタップにより電力設定の柔軟性が得られます。

外部昇圧トランスは、アンプから高電圧を得る唯一の方法ではありません。一部のアンプには昇圧トランスが内蔵されており、他のアンプは高電圧のトランスレス(直接)出力を提供します。

昇圧トランスの欠点を克服する

トランスの1つの欠点は、コストがかかることです。特に、低域周波数特性を拡張するために大型トランスを使用する場合、トランスあたりのコストは70ドルから200ドルになることがあります。もう1つの欠点は、アンプ側とスピーカー側の両方で、トランスが周波数特性を劣化させ、歪みを加える可能性があることです。

この問題の半分は、1967年にCrown InternationalがDC-300を発表したことで解決されました。DC-300は、昇圧トランスなしで70Vラインを直接駆動できる、おそらく初の高出力・低歪みソリッドステートパワーアンプでした。そして1987年6月、100Vラインを直接駆動できるMacro-Tech 2400が発表されました。Com-TechおよびCTsパワーアンプもこの能力を備えています。したがって、現在ではスピーカーのみが電圧を降圧するためのトランスを必要とします。

直接高電圧の利点

前述のとおり、高電圧出力を提供するパワーアンプには3つのオプションがあります。アンプは以下のいずれかを備えています:

外部昇圧トランス
内蔵昇圧トランス
高電圧トランスレス出力

多くの高出力アンプは、単に高い出力電圧を提供するため、出力トランスなしで70Vラインを直接駆動できます。たとえば、Crown DC-300は負荷時にチャンネルあたり35ボルト、またはブリッジモノモードで70ボルトを提供します。4オームの総負荷を駆動する1000ワットアンプは63ボルトを提供します。

直接高電圧アプローチは、トランスの欠点を排除します:

コスト
重量
帯域幅の制約
歪み
低域周波数でのコア飽和

コア飽和問題をより詳しく見てみましょう。サウンドシステムは、たとえばマイクの落下やファントム電源マイクがコネクタから引き抜かれたことにより、不要な低域周波数を生成することがあります。高出力での低域周波数は、トランスのコアを飽和させる傾向があります。トランスの鉄量が少ないほど、飽和する可能性が高くなります。

飽和するとトランスのインピーダンスが低下し、アンプの電流制限が作動する場合があります。これが発生すると、トランス内で負の電圧スパイクが生成され、アンプに戻ります - これはフライバックと呼ばれる現象です。スパイクは、ざらついた歪んだ音を引き起こします。さらに、極端な低インピーダンス負荷により、パワーアンプが故障する可能性があります。

Crownアンプは、こうした低域のストレスに耐えられる大電流供給能力を備えるよう設計されています。量産されるアンプには過酷な「耐久テスト」が実施されます。各アンプは、1秒間、飽和したDCA Powerトランスにフルパワーで15Hz信号を供給しても故障しないことが求められます。

多くのトランスはリアクタンス性の負荷であるため、インピーダンスは周波数によって変化します。一部の8オームトランスは、低域周波数で1オームまで低下します。これが、大電流供給能力を持つアンプを選定するもう1つの理由です。

直接定電圧能力を備えた最近のモデル

Crown Com-Techシリーズは、チャンネルごとに高インピーダンス動作と低インピーダンス動作を個別に選択できる初のシリーズでした。CDiおよびCTsシリーズアンプはその伝統を受け継ぎ、設備音響システムに組み込みやすいよう厳選された出力と機能を備えています。

Crown CDiシリーズは、70V(デュアルモード)および140V(ブリッジモード)と、低インピーダンス(2/4/8オーム)動作を提供します。CTsシリーズアンプは、直接定電圧(70V/100V/140V/200V)または低インピーダンス(2/4/8オーム)動作を提供します。デュアルモードでは、CTs 600/1200は25/50/70Vラインに電力を供給でき、CTs 2000/3000は25/50/70/100Vラインに電力を供給できます。ブリッジモノモードでは、CTs 600/1200は140Vラインに、CTs 2000/3000は140Vおよび200Vラインに電力を供給できます。

CDiシリーズおよびCTsシリーズアンプでは、1つのチャンネルが低インピーダンススピーカーを駆動し、別のチャンネルが70Vトランス付きスピーカーを駆動できます。これにより、近くのエリアをカバーする大型の低インピーダンススピーカーと、離れた部屋に配置する分散型70Vスピーカーを備えたシステムを、単一のアンプで簡単にセットアップできます。

アクセサリー

低インピーダンス出力のみを備えた従来のアンプをお持ちで、70Vまたは100V動作が必要な場合、Crownには必要なアクセサリーがあります。TP-170Vは、4つの低インピーダンス出力を高インピーダンスに変換する4つの内蔵オートトランスを備えたパネルです。T-170Vは、同じ目的のための単一のオートトランスです。

定電圧システム設計に関する追加サポートについては、CrownのDesign Toolsをご覧ください。そこには、この記事の内容を確認したり、次の定電圧システムをセットアップしたりするのに役立つ計算ツールがあります。

直接定電圧動作の多くの利点を考慮すると、次回の分散型スピーカーシステムの導入には、ぜひCrownパワーアンプをご指定ください。