Sistema de alto-falantes a tensão constante

Sistema de alto-falante a tensão constante é qualquer rede de alto-falantes que estão conectados a um amplificador de áudio, usando transformadores (de áudio) abaixadores ou elevadores [os mais usuais], para simplificar os cálculos de impedância e para minimizar a perda de energia nos cabos de alto-falantes. Quando o transformador de saída de áudio é elevador [o mais usual], esses sistemas são, por essa razão, mais apropriadamente chamados sistemas de distribuição de áudio de alta tensão.[1] A tensão é constante apenas no sentido de que, em potência máxima, a tensão do sistema não depende do número de alto-falantes ativados desde que o limite de potência do amplificador não seja excedido[2]. Sistemas de alto-falantes de tensão constante são também referidos como sistemas de alto-falantes de 25, 70, 70,7 ou 100 volts; sistemas distribuídos de alto-falantes; ou sistemas alto-falantes de alta impedância. No Canadá e nos Estados Unidos, eles são mais comumente referidos como "alto-falantes de 70 volts". Na Europa, o sistema 100 V é o mais difundido, tanto para amplificadores como para alto-falantes.

Funcionamento

Sistemas de alto-falantes a tensão constante são análogas aos sistemas de transmissão de energia elétrica empregados por empresas de energia para transmitir energia elétrica a longas distâncias. A empresa de energia procurará elevar a tensão de transmissão, de modo a reduzir a corrente, para uma dada potência, e, pois, reduzir as perdas. Ao chegar no destino, a tensão é abaixada para níveis adequados, progressivamente. Da mesma forma, num sistema de alto-falantes a tensão constante, o amplificador de áudio utiliza um transformador elevador para subir a tensão do sinal de áudio, com a redução das perdas de energia ao longo dos cabos dos alto-falantes, permitindo a transmissão de mais energia para um dado diâmetro de fio. Cada alto-falante no sistema possui um transformador abaixador para converter a tensão de volta para um nível adequado.

Ligações de alto-falantes

Cada alto-falante do transformador abaixador pode ser projetado para um único nível de energia ou pode ter vários tapes, um dos quais é definido para corresponder ao nível de potência desejado a se aplicar ao alto-falante. Transformadores com vários tapes de tensão permitem ao instalador ajustar o nível de pressão sonora para cima ou para baixo em cada alto-falante individual. Há modelos que têm o transformador contido dentro da caixa do alto-falante. O primário do transformador abaixador é conectado em paralelo à linha de tensão constante.[3]

Amplificador de conexão

Há três maneiras para se conectarem linhas de tensão constante a um amplificador:

• Transformador elevador externo;
• Transformador elevador interno;
• Alta tensão, sem transformador de saída.

Transformador elevador externo

Um amplificador de uso geral, de baixa impedância típica de saída é usado. Sua saída está ligado ao primário de um transformador elevador externo. Transformadores de uso especial podem personalizar o projeto do sistema para níveis de potência específicos. Vários amplificadores podem ser combinados por meio de transformadores para se conseguir tensão e/ou corrente de linha mais altas. Por exemplo, três amplificadores de 70 volts podem ser usados para obter uma linha de 210 volts, ligando-os a um transformador externo de saída, de uso especial, com três primários e um única secundário.[4]^[não consta na fonte citada]

Transformador elevador interno

Amplificadores com transformadores embutidos, de 70 volts de saída, estão disponíveis com conexões de baixa ou de alta impedância de saída, respectivamente ditos de "25 V" e "70 V". Esses amplificadores são robustos, com muitas aplicações específicas características de projeto, tais como a proteção de sobrecorrente e filtragem passa-alta agressiva, para a proteção da tensão de flyback. Alguns modelos podem ser configurados de forma que um canal alimente um ou dois alto-falantes de baixa impedância de 8 ohms, enquanto os outros suprem uma cadeia de alto-falantes de uma tensão constante.

Alta tensão sem transformador

Com os avanços nos semicondutores de potência, tornou-se possível a saída de alta tensão diretamente do estágio de saída do amplificador. Por exemplo, em 1967, "Crown International" introduziu o amplificador DC300, capaz de alimentar diretamente linhas de 70 volts, bem como alto-falante tradicional cargas, graças ao seu poder geral[5] de 500W.[6] Em 1987, "Crown" introduziu o Macrotech 2400, capaz de suprir a 100 volts linhas diretamente. Desde aquela época, os futuros desenvolvimentos de alta tecnologia de amplificador de potência alargaram-se as escolhas; muitos fabricantes fazem amplificadores capazes de conexão direta com alto-falantes de alta-impedância e tensão constante. Amplificadores de áudio de alta tensão foram viabilizados num único chip. Por exemplo, a National Semiconductor's LME49810[7] (e produtos semelhantes, de LME49811[8] e LME49830[9]) proveem saída de 100 V pico a pico em sinais, mas têm corrente de saída relativamente baixa, pelo que um circuito padrão inclui um Darlington ou FET discreta como estágio de saída.

Níveis mais elevados de energia

Alta tensão

Sistemas de tensão alta e constante podem ser projetados para uso em linhas de 140, 200 e 210 volts, dependendo do transformador selecionado e da topologia do amplificador de conexão. Tais sistemas de alta tensão têm sido utilizados em locais onde o pequeno diâmetro do fio já está no lugar, onde longas distâncias de execuções estão envolvidas e em instalações de alto-falantes especiais, tais como Daytona International Speedway,[10] e o Indianapolis Motor Speedway antes de sua reformulação em 2003.[11]. Considerações de segurança envolvidos com tais tensões elevadas requerem instalação da linha dos alto-falantes dentro de eletroduto na maior parte do mundo.

Alta corrente

Transformadores de 600 watt estão amplamente disponíveis para os empreiteiros que necessitam de alta potência de alto-falantes em tensão constante e instalações.[12] Transformadores especiais, capazes de lidar com 1.250 watts para baixo, tão baixo como 50 Hz estão disponíveis. Um problema com transformadores de alta tensão e alta corrente é de que pouco se pode usar em uma linha de tensão única e constante. Fio de alto-falante de maior diâmetro é recomendado. Maiores transformadores necessários para o processamento de alta potência têm reduzido a resposta de frequência.

Alternativas

A alternativa tradicional para sistemas de alto-falantes de tensão constante são os sistemas de alto-falantes de baixa impedância (comumente referido como "8 ohms sistemas de alto-falantes", apesar do fato de que a sua impedância pode não ser de 8 ohms), em que o amplificador e o alto-falante está diretamente acoplado sem o uso de transformadores. As desvantagens em relação à tensão constante e sistemas que são cabos de alto-falante precisa ser de menor ou de maior diâmetro, e que mais amplificadores são necessários se diferentes níveis de audição são desejados em diferentes locais.

Outra alternativa são os alto-falantes com um amplificador embutido no invólucro de alto-falante. Desde que o amplificador esteja no mesmo local que o alto-falante, este requer apenas uma linha de nível do sinal de áudio, como uma entrada. Sinais de linha são geralmente em torno de 1-2 volts, e podem ser transmitido através de cabos muito menores (normalmente 20-26 AWG). A principal desvantagem dos alto-falantes alimentados é que eles têm o requisito adicional de exigir de alimentação de CA, enquanto o alto-falante passivo não faz tal exigência.

Vantagens

As principais vantagens da utilização de sistema de alto-falantes a tensão constante sobre um sistema convencional de alto-falantes de baixa impedância são:

• Alto-falantes múltiplos: várias conjuntos podem ser alimentados por um único amplificador, sem complexas esquemas de ligação em série/paralelo.[13]
• Vários níveis de potência: Diferentes metas de nível de pressão sonora podem ser alcançadas em diferentes áreas de audição e ainda usando um único amplificador.
• Custo menor: Desde que a tensão do sinal foi reforçada, e a corrente é relativamente baixo, mais leve, menos caro do cabo pode ser usado sem custos adicionais de perda de potência. Onde um típico 8 ohms sistema de alto-falante podem exigir 12 bitola do cabo, de um a 70 volts poderia usar calibre 18 ou cabo menor.
• Capacidade de expansão do sistema: sistema de 70 volts pode ser expandido facilmente.
• Facilidade de ajuste de volume: Um controle passivo de volume pode ser instalado para fornecer ao usuário o nível fácil controle através de um único alto-falante ou a zona de um alto-falante múltiplo.

Desvantagens

• Resposta de frequência: Transformadores baratos podem ter má reprodução das baixas e altas frequências.
• Distorção de reprodução: Transformadores saturados podem adicionar distorção do sinal de áudio. Transformadores de baixo custo são propensos à distorção em níveis mais elevados de energia, especialmente no que diz respeito à resposta de baixa frequência. Sinais de baixo nível pode falhar para energizar um mal projetado transformador de núcleo suficiente para evitar maior do que o normal quantidades de distorção harmônica.[14]
• Variação: Variação unidade-a-unidade pode ser observada nos transformadores mal feitos.
• Atraso de transmissão: alto-falantes mais distantes na mesma linha de tensão constante podem ser adiados para coincidir com a velocidade do som no ar para fazer os impulsos de uma seqüência de caracteres de alto-falantes chegam ao mesmo tempo, do ponto de vista de um distante ouvinte.
• Perda de inserção: transformadores por si comumente reduzem o total de potência aplicada ao alto-falantes, exigindo que o amplificador a ser cerca de dez a vinte por cento mais poderoso do que o total de energia que se destina a ser aplicado para os alto-falantes. Perdas típicas de transformador de inserção medidas são tomadas em 1.000 Hz, a fim de fazer o transformador especificações do parecer tão bom quanto possível. Utilizando esse método, perdas típicas de inserção são cerca de 1 dB, 20% de perda de potência. Infelizmente, a maior parte da energia na voz-aplicação de sistemas de áudio é abaixo de 400 Hz, o que significa que a perda de inserção frequências mais baixas, seria maior. Os melhores transformadores reduzem meia-banda de frequências em 0,5 dB (cerca de 10% de perda de potência) ou menos, o que resulta em uma de dez watt alto-falante de desenho 11.1 watts do amplificador.
• Auto-capacitância: Para alcançar níveis mais elevados de energia, transformadores devem ser fisicamente maior. Grandes transformadores (acima de 200 watts) começam a sofrer de alta frequência atenuação devido à auto-capacitância.
• Custo mais elevado: Se altifalantes de alta potência são utilizados, com ênfase na resposta de baixa frequência, os transformadores será muito maior e vai adicionar custo significativo para o projeto. Além disso, em algumas áreas, locais de construção e elétrico código requer 70 volts cabeamento para ser executada dentro do eletroduto, aumentando o custo total do projeto.
• Sensibilidade mais elevada: Desde constante-tensão de sistemas de operar a um nível relativamente alto de impedâncias, eles são mais sensíveis para pequenas quantidades de corrente de fuga parcial e curtos-circuitos. Execução de 70 volts alto-falante linhas em eletroduto que pode acumular água pode resultar em torresmo sons ouvidos no sistema.

Referências

1. «Unwinding Distribution Transformers». Tech Notes 
2. «Constant-Voltage Audio Distribution Systems: 25, 70.7 & 100 Volts». Tech Notes 
3. Crown Engineering staff (October 2005). Crown Audio. Guide to Constant-Voltage Systems
4. Edcor Electronics. TEK-NOTES V1.0 1997-2004^[ligação inativa]
5. DC300 manual, page 1
6. «Live Sound: History Files: The Crown DC300 Amplifier Leads The Solid-State Revolution» 
7. «LME49810 - 200V Audio Power Amplifier Driver with Baker Clamp». Consultado em 31 de dezembro de 2011. Arquivado do original em 8 de janeiro de 2012 
8. «LME49811 - High Fidelity 200 Volt Power Amplifier Input Stage with Shutdown». Consultado em 31 de dezembro de 2011. Arquivado do original em 26 de janeiro de 2012 
9. «LME49830 - Mono High Fidelity 200 Volt MOSFET Power Amplifier Input Stage with Mute». Consultado em 31 de dezembro de 2011. Arquivado do original em 16 de dezembro de 2008 
10. Bogen. Applications. Power Rules for Speakers At Daytona Speedway
11. «Sound & Video Contractor. INSTALLATION: Indianapolis Motor Speedway Feb 18, 2004, Robilard Nevin». Consultado em 28 de maio de 2018. Arquivado do original em 27 de abril de 2006 
12. «Sx600 Loudspeaker from Electro-Voice Makes AES Debut». Consultado em 28 de maio de 2013. Arquivado do original em 27 de novembro de 2002 
13. John Eargle, Chris Foreman. JBL Audio Engineering for Sound Reinforcement (2002) ISBN 0-634-04355-2
14. Jensen transformers. FAQ

Ligações externas