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Cambios tecnológicos

Los avances en cuestiones relacionadas con etapas de amplificación.

Published on 23/06/2009

Estamos viviendo un cambio tecnológico en el audio profesional; tal vez el más importante al que podríamos acceder los contemporáneos.

El advenimiento de los sistemas Line Array es parte de ese cambio. En realidad, se trata de una adaptación de principios ya conocidos desde hace muchos años, pero posible de implementar en la actualidad de otras formas. Esto se debe, también, a los avances en el desarrollo y calidad de los transductores, representados, por ejemplo, por su manejo de potencia, su alta sensibilidad, su baja distorsión y el uso de imanes mucho más livianos y eficientes que permiten obtener una reducción del peso de más del 50% en muchos casos.

Todo esto parece muy bonito pero necesitamos utilizar amplificadores de elevada potencia para poder aprovechar todas las ventajas de estos sistemas integralmente.
La otra punta de este adelanto sorprendente fue la aparición de amplificadores profesionales con potencias increíbles hace apenas unos pocos años atrás.
¿Quién podría atreverse a pensar hace muy pocos años, que hoy con un amplificador de 1U de Rack y 12 Kg. de peso podríamos reemplazar a dos de los mejores amplificadores que ofrecía el mercado profesional de audio, con una entrega de mayor potencia que éstos dos juntos, con un consumo de energía eléctrica mucho menor (como consecuencia directa de esto, con una disipación de calor mínima), pesando sólo un 17% que lo que pesan dos de estos excelentes amplificadores, y ocupando 5U de rack menos?
Esto no es marketing; esto es avance tecnológico. Contra esto no puede haber discusión, es el futuro en el presente.

Veamos hoy la utilización de estos amplificadores de nueva tecnología con parlantes con admitancia de potencia impensables hace también pocos años.
Un claro ejemplo es la utilización de estos avances en un sistema de sub-bajos. Digamos, que utilizamos 4 amplificadores convencionales que entregan 2500 W + 2500 W sobre 2 ohm; y que con cada uno manejamos cuatro cajas dobles de subs de 18”, entregando así, 625 W a cada altavoz. En este caso, utilizamos 4 amplificadores y 16 cajas dobles.
Hoy sólo necesitamos 2 amplificadores de 6000 W + 6000 W sobre 2 ohm y 8 cajas dobles de subs. Con esta configuración logramos una mayor presión sonora y entregamos a cada altavoz de 18”  una potencia de 1500 W. En la actualidad, cualquier altavoz profesional de 18” admite esa potencia, tiene una mayor sensibilidad y una menor compresión térmica.
¿Se dan una idea de cuánto menos equipo debemos transportar?
Por ejemplo, el rack de amplificadores puede ser de 2U y pesar 24 Kg , en cambio con los amplificadores convencionales el rack es de 12U y pesa 140 Kg. Con respecto a los gabinetes acústicos, transportamos la mitad, y si los parlantes son de neodymium también ahorramos mucho en peso.

Tenemos que tener en cuenta que con esta implementación también aparece un ahorro económico muy importante, ya que usamos la mitad de los amplificadores y la mitad de las cajas acústicas, y de ninguna manera el costo de estos amplificadores es el doble que de los tradicionales. En la actualidad estamos pagando muchos menos por Watt que lo que se pagaba hace apenas unos pocos años.
Con respecto a los altavoces ocurre lo mismo. Hoy tenemos disponibilidad de altavoces con una admitancia de potencia mucho mayor y alta sensibilidad, con imanes de neodymium y prácticamente al mismo precio que los altavoces con el tradicional imán cerámico.

El mismo ejemplo lo podemos dar en los Line Array, propiamente dichos, donde los fabricantes tratan de que cada vía de cada caja sea de 16 ohm; de esta forma se pueden manejar 8 cajas con un sólo canal de una potencia.
Cuando vemos que los fabricantes nos piden por ejemplo, como mínimo 500 W por caja, nos damos cuenta que necesitamos una potencia de 4000 W en 2 ohm por canal para poder manejar convenientemente las 8 cajas empleando un sólo canal. Dejamos así, el restante para las otras 8 cajas.
También, se puede utilizar un amplificador que entregue 2000 W por canal sobre 4 ohm para cuatro cajas y el otro canal para las otras cuatro, necesitando, de esta forma dos amplificadores para manejar nuestro sistema de ocho cajas por lado.
En este caso vemos que para poder manejar el mismo número de cajas y entregarles la potencia que sugiere el fabricante necesitamos el doble de amplificadores.

Hemos visto las ventajas de la aplicación de esta tecnología en cuanto a la potencia, el tamaño y el peso. Éstas no son las únicas ventajas; otra importante mejora es que la potencia de salida es totalmente independiente de la tensión de alimentación. Sí así es. Uds. pueden entregarle al amplificador entre 95 VCA a 265 VCA y éste entregará la misma potencia a sus altavoces.
Si tomamos el caso de un amplificador convencional con fuente de alimentación lineal, vemos que ante una variación de la tensión de alimentación, la potencia de salida varía drásticamente; por ejemplo, para una caída de tensión de red de 10%, la potencia de salida disminuye un 20%.

Si a lo dicho anteriormente agregamos que estos nuevos amplificadores tienen corregido el factor de potencia a valores de cos (Φ) menores a 0,95 desde 500W de consumo hasta plena potencia, nos aseguramos de no sobrecargar las líneas de alimentación con potencia reactiva.
Inmediatamente surge el concepto de rendimiento, es decir la relación entre la potencia entregada a nuestros altavoces y la potencia consumida de la red eléctrica. En estos modernos amplificadores el rendimiento es del 95%; sólo el 5% de la potencia consumida de la red eléctrica es disipada en calor.
Debido a que no es necesario disipar grandes potencias, se puede reducir el tamaño y el peso de los amplificadores ya que no es necesaria la utilización de grandes disipadores de calor, y debido a la utilización de fuentes switching también ahorramos tamaño y peso ya que los transformadores de alimentación se reducen tremendamente.
Estos amplificadores trabajan con el principio de PWM (modulación de ancho de pulso) y son conocidos como amplificadores clase D.

Este principio de modulación de ancho de pulso es utilizado desde hace muchos años en fuentes de alimentación de distintos equipos electrónicos y también en el control electrónico de motores eléctricos en trenes y en la industria.
La señal de audio modula el ancho del pulso; la etapa de salida del amplificador siempre está trabajando a una tensión máxima o bien a una tensión mínima; no hay estados intermedios como en los amplificadores convencionales.
La frecuencia que se emplea en esta conmutación es de 250 KHz. Esta frecuencia es fija; la señal de audio sólo varía el ancho de los pulsos.
Si a la salida de esta etapa colocamos un filtro pasa-bajos eliminamos completamente la señal de 250 KHz y sólo tendremos en nuestra salida la señal de audio que originó la modulación del ancho de los pulsos, pero amplificada (mayor amplitud y mayor manejo de corriente).

La modulación de ancho de pulso (PWM) es simple de comprender

En la salida de un amplificador se encuentra una llave electrónica, en lugar de una válvula análoga, como sucede en los amplificadores convencionales. Esta llave adquiere solamente uno de dos estados posibles: ON y OFF.
Con el criterio de emular la señal musical, la llave de salida se coloca en ON u OFF en periodos más largos o más cortos. Si el volumen de la música es bajo, los tiempos ON son muy cortos. Cuanto más fuerte se pone la música más largos son los periodos en donde la llave se coloca en ON.
La llave conecta su altavoz con la fuente de poder del amplificador (como una batería). Así que cuando la llave se encuentra en ON, se aplica toda la potencia del amplificador, y cuando la llave se encuentra en OFF la fuente de poder del amplificador se encuentra desconectada del altavoz.
Mientras más tiempo se encuentre conectado el altavoz a la fuente de poder, mayor será el movimiento en los mismos, creando así sonido.

Si uno puede realizar esto lo suficientemente rápido, el altavoz no se entera de que se lo está conectando (ON) y desconectando (OFF) continuamente; de esta manera suena muy suave, como la música.
Un buen ejemplo es cómo trabaja una película en celuloide o video. Lo que usted visualiza en la pantalla se ve fluido, suave sin transiciones.
Todos entendemos que una película es una sucesión de fotografías, secuenciándose con la velocidad suficiente para engañar al ojo y así “ver” un movimiento. Nuestro ojo puede ser engañado con imágenes que se proyectan 24 veces por segundo.

También con un amplificador PWM, y realizando cambios de ON a OFF lo suficientemente rápido, se puede engañar al altoparlante y a nuestro mecanismo oído/cerebro para creer que su sonido es muy suave y natural (porque realmente lo es). En este caso debemos ir un tanto más rápido que con las películas de cine, y realizar estas transiciones ON/OFF 250.000 veces por segundo.
En esta implementación no existen, en ningún caso, conversores analógicos/digitales o conversores digitales/analógicos; por este motivo los amplificadores que trabajan con este principio tienen muy baja latencia (tiempo que transcurre entre que la señal ingresa al amplificador y sale del mismo).

Es importante destacarlo ya que hay un error de interpretación por parte de algunas personas que suponen que estos amplificadores no se pueden usar con ciertos controladores de sistemas debido a su elevada latencia. Me refiero a controladores de sistemas cerrados, donde en forma permanente se está censando la tensión aplicada a los altoparlantes por el controlador.
En realidad estos procesadores tienen una latencia 50 veces mayor que los amplificadores, por consiguiente se pueden usar sin correr ningún riesgo en el procesamiento y control de la señal.
En números estos amplificadores tienen una latencia ubicada entre 22 μs y 28 μs, mientras que los procesadores digitales tienen alrededor de 1,5 ms.

A todas las ventajas que hemos enumerado anteriormente le agregamos que estos amplificadores se pueden monitorear a distancia desde una computadora portátil con el simple agregado de un Hub y el software PowerControlManager, para de esta manera, encender y apagar las potencias por control remoto, cambiar la ganancia, variar los niveles, monitorear la impedancia de carga de cada canal, verificar la temperatura de funcionamiento, inyectar una señal de distinta frecuencia a cada amplificador controlado en forma individual, verificar la tensión de alimentación, mute, clipping, indicación de protección, etc., etc., etc.

En la actualidad todas las empresas que fabrican amplificadores profesionales están desarrollando y trabajando para poder sacar al mercado amplificadores con esta tecnología. Existe sólo una empresa en el mundo que les lleva una ventaja de 14 años; esta empresa es Powersoft.

Espero que esto sirva para poder comprender hacia dónde va la tecnología en el refuerzo de sonido profesional.

Carlos Maiocchi, titular de Equaphon Sistemas de Sonido

Para más información visita:

www.powersoft.it
www.equaphon.com.ar

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