Vantagens da Operação em Tensão Constante Direta em Amplificadores de Potência Crown

As empresas de energia elétrica têm uma boa ideia que foi aplicada à engenharia de áudio. Quando transmitem energia através de milhas de cabo, minimizam a perda de potência resistiva executando a energia em alta tensão e baixa corrente. Para fazer isso, usam um transformador elevador na estação geradora e um transformador abaixador em cada localização do cliente. Isso reduz a perda de potência devido ao aquecimento I²R dos cabos de energia.

A mesma solução pode ser aplicada às comunicações de áudio na forma de um sistema de tensão constante (tipicamente 70 volts). Esse sistema é frequentemente usado quando um único amplificador de potência impulsiona muitos alto-falantes através de longos percursos de cabo (acima de 50 pés). Alguns exemplos dessa condição são sistemas de alto-falantes distribuídos para P.A., paging ou música ambiente em baixo SPL.

O que é tensão constante? O rótulo "tensão constante" tem sido confuso porque a tensão realmente não é constante em um programa de áudio. Um termo melhor poderia ser "alta tensão".

A Figura 1 mostra um sistema típico de alta tensão. Um transformador na saída do amplificador de potência eleva a tensão para aproximadamente 70 volts na potência máxima. Cada alto-falante possui um transformador abaixador que adapta a linha de 70V à impedância de cada alto-falante. Os primários de todos os transformadores de alto-falante estão em paralelo através do secundário do transformador no amplificador de potência.

 

Figura 1. Um sistema de áudio de tensão constante (alta tensão).

A linha de sinal para os alto-falantes é de alta tensão, baixa corrente e geralmente alta impedância. Os valores de linha típicos para um amplificador de 100 watts são 70V, 1,41 ampéres e 50 ohms.

Como a linha de 70V recebeu esse nome? A intenção era ter 100V pico na linha, que é 70,7V rms. O valor tecnicamente correto é 70,7V rms, mas "70V" é o termo comum. Há 70 volts na linha na saída máxima do amplificador com um sinal senoidal. A tensão real depende da classificação de wattagem do amplificador de potência e da relação de elevação do transformador. A tensão do programa de áudio em um sistema de 70V pode nem atingir 70V. Inversamente, os picos do programa de áudio podem exceder 70V.

Várias tensões foram testadas, como 25, 35, 50, 70, 100, 140 e 200 volts, mas o sistema de 70V tornou-se o mais difundido. Embora raro, o sistema de 200V foi usado para comprimentos de cabo superiores a uma milha.

Vantagens da operação em alta tensão

Conforme mencionado anteriormente, uma linha de alta tensão reduz a perda de potência devido ao aquecimento do cabo. Isso ocorre porque o cabo de alto-falante carrega o sinal de áudio como uma corrente baixa. Consequentemente, você pode usar cabo de alto-falante de menor calibre ou percursos de cabo muito longos sem perder potência excessiva.

Outra vantagem da operação em alta tensão é que você pode fornecer mais facilmente ao amplificador uma carga de correspondência. Suponha que você esteja conectando dezenas de alto-falantes a uma saída de amplificador de 8 ohms. Pode ser difícil conectar os alto-falantes em uma combinação série-paralela com uma impedância total de 8 ohms. Além disso, é uma má prática executar alto-falantes em série porque se um alto-falante falhar, todos os alto-falantes em série serão perdidos. Isso muda a impedância de carga vista pelo amplificador de potência.

Com um sistema de alta tensão, você pode pendurar centenas de alto-falantes em paralelo em uma única saída de amplificador, se fornecer uma carga de correspondência. Além disso, um sistema distribuído de alta tensão é relativamente fácil de projetar e permite flexibilidade nas configurações de potência devido a múltiplas derivações nos transformadores de alto-falante.

Um transformador elevador externo não é a única forma de obter alta tensão do amplificador. Alguns amplificadores possuem transformadores elevadores integrados, enquanto outros fornecem uma saída de alta tensão sem transformador (direta).

Superando as falhas dos transformadores elevadores

Uma desvantagem dos transformadores é que adicionam despesa. Particularmente se você usar transformadores grandes para resposta de baixa frequência estendida, o custo por transformador pode ser de $70 a $200. Outra desvantagem é que os transformadores podem degradar a resposta em frequência e adicionar distorção - tanto na extremidade do amplificador quanto na extremidade do alto-falante.

Metade desse problema foi resolvida em 1967 quando a Crown International introduziu o DC-300. Foi muito provavelmente o primeiro amplificador de potência de estado sólido de alta potência e baixa distorção capaz de impulsionar diretamente uma linha de 70V sem um transformador elevador. E em junho de 1987, o Macro-Tech 2400 foi introduzido com a capacidade de impulsionar diretamente uma linha de 100V. Os amplificadores de potência Com-Tech e CTs também possuem essa capacidade. Assim, hoje apenas os alto-falantes precisam de transformadores para abaixar a tensão.

A vantagem da alta tensão direta

Conforme mencionado anteriormente, existem três opções de amplificador de potência que fornecem saída de alta tensão. O amplificador pode ter

• um transformador elevador externo
• um transformador elevador integrado
• uma saída de alta tensão sem transformador

Muitos amplificadores de alta potência podem impulsionar linhas de 70V diretamente sem um transformador de saída, simplesmente porque fornecem uma alta tensão de saída. Por exemplo, um Crown DC-300 fornece 35 volts por canal sob carga ou 70 volts no modo ponte-mono. Um amplificador de 1000 watts impulsionando uma carga total de 4 ohms fornece 63 volts.

A abordagem de alta tensão direta elimina as desvantagens dos transformadores:

• custo
• peso
• largura de banda limitada
• distorção
• saturação do núcleo em baixas frequências

Vamos examinar o problema de saturação do núcleo com mais detalhes. Os sistemas de som podem gerar frequências indesejadas, devido a, por exemplo, um microfone caído ou um microfone alimentado por phantom removido de seu conector. Baixas frequências em alta potência tendem a saturar o núcleo de um transformador. Quanto menor a quantidade de ferro no transformador, maior a probabilidade de saturação.

A saturação reduz a impedância do transformador, o que por sua vez pode fazer o amplificador entrar em limitação de corrente. Quando isso ocorre, picos de tensão negativa são gerados no transformador que viajam de volta ao amplificador - um fenômeno chamado flyback. Os picos causam um som áspero e distorcido. Além disso, a carga de impedância extremamente baixa pode fazer o amplificador de potência falhar.

Os amplificadores Crown são projetados com alta capacidade de corrente para tolerar esses estresses de baixa frequência. Os amplificadores de produção são submetidos a um "teste de tortura". Cada amplificador deve fornecer um sinal de 15 Hz em potência máxima em um transformador de Potência DCA saturado por 1 segundo sem desenvolver uma hérnia!

Muitos transformadores são reativos, portanto sua impedância varia com a frequência. Alguns transformadores de 8 ohms medem tão baixo quanto 1 ohm em baixas frequências. Essa é outra razão para especificar um amplificador com alta capacidade de corrente.

Modelos recentes com capacidade de tensão constante direta

A Série Crown Com-Tech foi a primeira a oferecer seleção independente de operação de alta e baixa impedância para um canal específico, e os amplificadores das Séries CDi e CTs continuam essa tradição, com níveis de potência e recursos cuidadosamente escolhidos para integração em designs de instalação fixa.

A Série Crown CDi fornece 70V (modo duplo) e 140V (modo ponte) bem como operação de baixa impedância (2/4/8 ohms). Os amplificadores da Série CTs fornecem tensão constante direta (70V/100V/140V/200V) ou operação de baixa impedância (2/4/8 ohms). No Modo Duplo, o CTs 600/1200 pode alimentar linhas de 25/50/70V; o CTs 2000/3000 pode alimentar linhas de 25/50/70/100V. No modo Ponte-Mono, o CTs 600/1200 pode alimentar linhas de 140V; o CTs 2000/3000 pode alimentar linhas de 140V e 200V.

Com os amplificadores das Séries CDi e CTs, um canal pode impulsionar alto-falantes de baixa impedância, enquanto outro canal impulsiona alto-falantes com transformadores de 70V. Isso facilita a configuração de um sistema com grandes alto-falantes de baixa impedância para cobertura local e alto-falantes distribuídos de 70V para salas distantes - tudo com um único amplificador.

Acessórios

Se você possui um amplificador convencional com apenas saídas de baixa impedância e deseja operação de 70V ou 100V, a Crown possui os acessórios necessários. O TP-170V é um painel com quatro autotransformadores integrados que convertem quatro saídas de baixa impedância para alta impedância. O T-170V é um único autotransformador para o mesmo propósito.

Para assistência adicional no design de sistema de tensão constante, visite as Ferramentas de Design da Crown. Lá você encontrará uma calculadora que pode ajudá-lo a testar o que aprendeu neste artigo ou a configurar seu próximo sistema de tensão constante.

Considerando as muitas vantagens da operação em tensão constante direta, sugerimos que você especifique amplificadores de potência Crown em sua próxima instalação de alto-falantes distribuídos.