Temas de Audio Profesional : Sistemas de voltaje constante
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        Los sistemas de voltaje constante o alta impedancia suelen ser un concepto algo confuso para los profesionales acostumbrados al "rock and roll". Realmente son muy sencillosde diseñar, entre otras cosas porque está pensados para ser instalados por electricistas y similares, con poca experiencia en sistemas de sonido.

Hay dudas sobre cual es el origen del término, aunque probablemente derive de que los diferentes amplificadores que se utilizan tienen la misma tensión eléctrica de salida, que suele ser de 100V en Europa y 70,7V (que se suele escribir simplemente como 70V) en los EEUUAA. A veces también reciben el apelativo de "sistemas de alta impedancia" ya que los altavoces utilizados pueden llegar a impedancias de incluso varios miles de ohmios, en comparación con los sistemas de baja impedancia en los que es raro ver una carga superior a los 16 ohmios. También se habla de "sistemas de línea distribuida" así como de "sistemas de línea de 100V" (o 70V), lo que da lugar a la abreviatura de "sistemas de línea".

En la ilustración de muestra un ejemplo con tres altavoces. Lo habitual es que un sistema de este tipo utilizase muchos altavoces (que es lo que denotan los puntos suspensivos de la ilustración), aunque para simplificar se han colocado solamente tres.

Ventajas

Existen diversas razones para el uso de sistemas de voltaje constante:

1. Minimizar las pérdidas del cableado o abaratar su coste.
Hay muchas aplicaciones en las que las tiradas de cable son extremadamente largas (pensemos en un hotel o un aeropuerto) y por ello la pérdida de potencia en el cableado es un factor crítico. Las pérdidas del cable son función de la corriente al cuadrado y por lo tanto si podemos elevar el voltaje (reduciendo la así significativamente intensidad de corriente) que viaja por la línea de altavoces y reducirlo el llegar al altavoz, habremos conseguido reducir sustancialmente la pérdida de potencia producida por el cable, o bien podremos permitirnos usar un cable de mucho menor calibre. Es un proceso similar al del transporte de la electricidad por parte de las compañías eléctricas, que la transportan a varias decenas de miles de voltios y luego la bajan a 230V o 115V (con lo cual la corriente sube) al llegar a nuestro barrio. Como ejemplo, podemos llevar 250W con una línea de 100V a una distancia de 1200 metros con un pérdida de sólo 3 dB de potencia. La referencia de longitudes máximas de cables de altavoz es un tabla con valores de cableado para instalaciones de alta impedancia.

2. Permitir la conexión de muchos altavoces de poca potencia
Con impedancias como 8 o 16 ohmios resulta difícil conectar un gran número de cajas en paralelo (y las conexiones en serie se evitan ya que el fallo de una unidad repercute en todas las demás). Sin embargo, en los sistemas de voltaje constante se pueden llegar a conectar cientos de altavoces en paralelo.

3. Cálculo sencillo de la instalación
Calcular el amplificador necesario no puede ser más sencillo: sólo hay que contar las potencias de entrada de todas las cajas conectadas a un misma línea y elegir un amplificador que tenga una capacidad potencia de salida igual o superior (añadiendo opcionalmente un factor de sobredimensionado). En este sencillo es igual que la instalación eléctrica de un domicilio, solamente hay que asegurarse de que la potencia disponible de la línea se suficiente para la suma de aparatos conectada a ella.

4. Flexibilidad
Los transformadores de entrada de los altavoces para líneas de voltaje constante suelen permitir elegir entre varias potencias de entrada. Ello permite seleccionar diferentes niveles para diferentes zonas de forma sencilla. Podemos jugar con las potencias de entrada de un sistema para dar más volumen a unas zonas y menos volumen a otras de forma sencilla. Por ejemplo podría asignarse a la sección juvenil de una zona comercial más potencia que a las áreas destinadas a un público adulto que no desea escuchar música a un volumen tan elevado.

Líneas de alta tensión. Transformadores de elevación y de reducción

100 o 70 voltios son voltajes altos teniendo en cuenta que los altavoces suelen ser de baja potencia. Para conseguir estos voltajes altos con amplificadores que nos los generan con su electrónica de potencia, se utiliza un transformador elevador a la salida de cada canal del amplificador. Aquellos amplificadores que están diseñados específicamente para líneas de voltaje constante lo llevan integrado, aunque en ocasiones se utilizan también transformadores externos acoplados a amplificadores convencionales. Estos transformadores elevadores habitualmente cuentan con varios bobinados que permiten obtener salida tanto de 70V como de 100V, y a veces también de 25V, que es una tensión baja usada en los EEUUAA porque permite una seguridad eléctrica menor a efectos legales. Menos común aún es el uso de líneas de 50V. A menudo los amplificadores cuentan también con una salida directa, sin pasar por el transformador, para cargas de baja impedancia. Las diferentes salidas pueden ser usadas simultáneamente; por ejemplo, podríamos usar un mismo canal para amplificar una caja acústica de 8 ohmios y un grupo de cajas auxiliares con transformador de entrada.

En otros casos, los amplificadores generan bien 100V o bien 70V directamente sin ayuda de transformador. Este tipo amplificadores de línea sin transformador solamente sacan uno de esos dos voltajes, con lo que solemos encontrarnos que los fabricantes estadounidenses emplean modelos con salida de 70V, mientras que los europeos sacan 100V.

Si podemos elegir entre 70 o 100V elegiremos usar líneas de 100V, ya que el mayor voltaje nos permitirá reducir las pérdidas del cable o utilizar cable de menor calibre (y por tanto menor coste). Para casos extremos, la mayor parte de los amplificadores para aplicaciones de voltaje constante que cuentan con dos o más canales permiten juntar dos canales en modo puente, obteniendo 140V o 200V de salida, en cuyo caso la potencia de los altavoces será cuatro veces más de lo que indique su posición para el voltaje sin puentear (por ejemplo, la posición de 15W para 100V correspondería a 60W para 200V), debiéndose evitar que pueda haber personas que, desconociendo el modo puente del sistema, seleccionen las posiciones de mayor potencia de los altavoces.

Otra posibilidad es utilizar amplificadores de potencia convencionales. Por ejemplo, un amplificador de 1250W por canal a 4 ohmios saca una tensión nominal de salida de 70V. Y un amplificador de 2500W por canal a 4 ohmios saca una tensión nominal de salida de 100V. Si esto sugiere amplificadores sobredimensionados para el número de altavoces que va a llevar la línea, se puede recurrir a usar amplificadores más pequeños en modo puente. Por ejemplo, un amplificador de 625W en puente a 8 ohmios en puente (para 70V) o uno de 1250W a 8 ohmios (para 100V) en puente.

Los altavoces cuentan a su vez con un transformador reductor que reduce el voltaje para que reciban la potencia adecuada. Este transformador suele formar parte del altavoz en aquellos productos que están diseñados específicamente para líneas de voltaje constante, aunque en ocasiones se utilizan transformadores externos acoplados a cajas acústicas convencionales, particularmente cuando son cajas de alta potencia que carecen de versiones con transformador provisto por el fabricante. Estos transformadores reductores con frecuencia cuentan con varios bobinados que permiten seleccionar la potencia que se desea recibir de la línea; en estos casos suele disponerse de un selector de potencia de entrada que permite elegir entre diferentes potencias en pasos que son habitualmente de 3 dB (los niveles de potencia se van duplicando) y que suelen ir marcados con sus correspondencias a 70V y 100V. Las posiciones del selector del transformador se comparten para 70V y 100V, correspondiendo la posición para 70V de una potencia dada a el doble de potencia con 100V (por ejemplo un posición de 15W a 70V corresponde a 30W a 100V). En ocasiones hay una posición adicional que puentea el transformador y permite usar el altavoz como si no llevara transformador; esto puede ser útil a la hora de ampliar las aplicaciones del producto, pero el instalador deberá llevar cuidado de no seleccionar accidentalmente esta posición sin transformador dentro de una línea de 70 o 100V.

La calidad de los transformadores tanto elevadores (los que van con el amplificador) como reductores (los de los altavoces) es crítica en relación a la calidad sonora. Los transformadores usados habitualmente en fuentes de alimentación no son utilizables para esta aplicación ya que no proporcionan una impedancia uniforme con la frecuencia, y por lo tanto afectan a la respuesta en frecuencia del sistema. Dentro de los transformadores específicos para cajas acústicas en este tipo de sistemas, sólo los de mayor calidad permitirán una respuesta correcta de la parte superior del espectro de alta frecuencia. Otro problema con los transformadores es el de la saturación del núcleo. A niveles elevados de potencia los transformadores se saturan y con ello baja la impedancia de carga de la línea, lo cual supone un problema porque el amplificador entrega más potencia (o lo intenta, posiblemente activando la protección de sobre-corriente amplificador) y los altavoces reciben más potencia, y por ello se puede poner en peligro la seguridad de la instalación además de afectar a la calidad de sonido.

Podemos distinguir entre dos tipos de transformadores para aplicaciones de voltaje constante. El primero es el transformador de aislamiento (isolation transformer), que es aquel que cuenta con dos devanados en un núcleo cerrado de hierro. Se usa el término "aislamiento" ya que no hay conexión eléctrica entre la entrada y la salida (hay lo que se llama aislamiento galvánico), siendo la corriente conducida de forma electro-magnética. El segundo tipo de transformador es el auto-transformador (autoformer), que consiste en un único devanado con un núcleo de hierro o acero en su interior. Este tipo de transformador es más económico y ligero, pero no se considera apto para instalaciones de sonido de calidad y son menos seguros que los de aislamiento, ya que un fallo en el devanado producirá la entrega del máximo voltaje en la salida. Al igual que los transformadores de alimentación, los usados para las líneas de voltaje constante también pueden ser toroidales, algo más ligeros y eficientes. Por otra parte los transformadores de aislamiento pueden evitar problemas potenciales de bucles de masa.

Desventajas

Los transformadores pierden como calor parte de la potencia que transmiten. Los transformadores de los altavoces pueden llegar hasta a 1 dB de pérdida, aunque los transformadores de los amplificadores son más eficientes. Aunque la pérdida de eficiencia no es probablemente significativa si realizamos una comparación con una instalación de baja impedancia (o sea no de 70 ni 100V) con los mismos calibres de cableado.

La saturación del transformador si que representa un perjuicio importante, ya que además de afectar a la seguridad lo hace también a la respuesta en frecuencia, ya que son las frecuencias más graves las que saturan el transformador y por ello, al aumentarse la potencia, la respuesta en frecuencia se modifica de forma que se refuerzan los graves (puesto que baja la impedancia en estas frecuencias), hasta el mismo de que una caja con transformador de línea podrá percibirse como con "más graves" que el mismo modelo de caja con transformador. La saturación de los transformadores también genera distorsión harmónica. Para evitar la saturación, los amplificadores de línea suelen incorporar un filtro pasa-alto que limita el límite inferior de las frecuencias bajas. Los amplificadores que generen 70 o 100V directamente sin ayuda de transformador elevador, carecen de estas desventajas derivadas de éste, aunque los transformadores de los altavoces suelen limitar la gama de frecuencias en los agudos en cualquier caso.

La calidad sonora de estas instalaciones normalmente relega su uso a instalaciones de pequeños altavoces, en particular altavoces de techo (ceiling speakers).

Por otra parte, los sistemas de voltaje pueden ser más costosos ya que los transformadores de los altavoces y del amplificador (salvo que no necesite transformador elevador para conseguir los 70 o 100V), añaden un sobrecoste. Dependiendo de la aplicación, podrá estudiarse si el mayor coste del cableado de un sistema sin transformadores excede el de un sistema con transformadores y cableado menos grueso. Asimismo, los transformadores añadirán peso a los amplificadores (si los llevan) y a los altavoces, lo cual puede ser ocasionalmente un inconveniente en algunas instalaciones.

Las características de cada instalación determinarás si es más adecuado un sistema de alta impedancia (70 o 100V) o un sistema de baja impedancia (sin transformadores). En instalaciones donde no hay largas distancias de cable, un sistema de cajas de instalación de una impedancia lo suficientemente alta (por ejemplo 16 ohmios) puede permitirnos la conexión en paralelo de un número suficiente de cajas (por ejemplo, ocho por canal) y será normalmente preferible, por coste y calidad sonora, a un sistema de 70 o 100V.

Cálculo

Como hemos comentado anteriormente, el cálculo de un sistema de 100 o 70V es muy sencillo.

En la ilustración de arriba hemos usado tres altavoces en una línea de 100V. En uno de ellos el selector de potencia de entrada está a 60W. En otro está a 20W. El último altavoz no tiene selector sino un transformador con una potencia fija de 15W. Por tanto para esta instalación necesitaríamos un canal de amplificador de al menos 95W (60W+20W+15W). Hay un regla estándar de facto que añade un 20% a la potencia del amplificador para compensar por posibles saturaciones de transformador y otras causas que pudiesen exigir al amplificador más potencia de la nominal y constituir un riesgo de seguridad. En este caso el amplificador que necesitaríamos sería de 114W (95W más un 20%) o superior.

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