curso sonido rapido

8/12/2019 Curso Sonido Rapido

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CURSO INT ENS IVO DE SONIDO. OCTUBRE2002.

CURSO INTENS IVO DE SONIDO. MDULO IV. [email protected]

Amplificadores de potencia.

1- I n t roducc in:un amplificador de potencia es un componente en la cadena de procesadores de

seal, cuya funcin es -como lo indica su denominacin- aumentar el nivel de dicha seal. En unsistema de sonido, es el ltimo componente activo en la cadena, ubicado justo antes de los parlantes.Los amplificadores diseados para uso profesional son de una apariencia sencilla cuando se loscompara con la mayora de los amplificadores hogareos de alta fidelidad. Incluso, en algunossistemas pequeos, el amplificador puede estar dentro de la consola de mezcla, en estos casos sehabla de "Mixers potenciados".

2- Ley d e O hm y ecuac iones asoc iadas:para comprender la funcin y aplicaciones de los

amplificadores de potencia se requiere un conocimiento bsico de potencia elctrica y su relacin convoltaje, resistencia impedancia y con corriente. Estas relaciones son cuantificadas a travs de laLey deOhm, una de las principales ecuaciones en fsica elctrica, y por ende, en audio.

a. Voltaje, Resistencia, Corriente: el circuito de la figura a continuacin ilustra un voltajecontinuo (E)desde una fuente (S), aplicado a travs de una resistencia (R). La flecha (I)marca el camino seguido por la corriente. Dicha corriente viaja como una serie de electronesdesde el punto de mximo voltaje (el terminal negativo de una batera)hasta el punto demnimo voltaje potencial (el terminal positivo).

I:Corriente en Amperes.

E:Potencia elctrica en Voltios.

R:Resistencia en Ohms.

Uno de los estamentos de la ley de Ohm establece:

A partir de esta ecuacin, podemos calcular las restantes.

I = E / R R = E / I E = I xR

En circuitos de corriente alterna, debemos sustituir RESISTENCIApor IMPEDANCIA. Definimos"Impedancia" como la oposicin total a la circulacin de corriente alterna. El smbolo para

Impedancia es "Z", y la unidad de medicin es OHM. Entonces, para circuitos de corriente

alterna, las frmulas derivadas son:

I: E / R


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I = E / Z Z = E / I E = I xZI= Corriente Alterna en Amperes.

E= Potencia elctrica en Voltios.

Z= Impedancia en Ohms.

En la figura a continuacin vemos un diagrama tpico de un circuito de Corriente Alterna.

Una de las aseveraciones de la Ley de Ohm indica que la corriente es inversamenteproporcional a la impedancia;es decir, a menor impedancia, mayor intensidad de corriente yviceversa.

b. Pot en cia Elct r ic a:definimos como potencia elctrica la energa utilizada para realizar la

tarea cuando la corriente debe atravesar una determinada resistencia IMPEDANCIA. Laecuacin para calcularla, aunque no est especificada directamente en la Ley de Ohm, sest relacionada con ella y es como sigue:

P = E xIP= potencia en Vatios.

E= potencia elctrica en Voltios.

I= corriente en Amperes.

Otra posibilidad para calcular la potencia elctrica es hacerlo considerando tambin la resistencia(Z) impedancia. En este caso, la frmula es:

P = E2/ R ( Z)

P = I2x R ( Z).


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c. Ley de Ohm :en este grfico, resumimos las principales derivaciones de la Ley de Ohm.Los cuatro parmetros principales ocupan una cuarta parte de este crculo y nos ilustrandiversas formas de calcularlos, conociendo los restantes.

I =Corriente alterna en amperes.E =Potencia elctrica en voltios.

Z =Impedancia en Ohmios.R =Resistencia en Ohmios.P =Potencia en Watts.W =Potencia en Watts.

Ejemplo prctico:

- Queremos conocer la potencia en este circuito.- Conocemos la resistencia:50 Ohms.

-Conocemos la corriente:20 mA.

- Segn el grfico anterior: P = I2x R.

o P = (0.02)2x 50o P = 0.004 x 50.o P = 0.02 Watts=20 Miliwatts.


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d. Pot encia elctr ica y g anancia de A m pli f icado r:de acuerdo a lo ya definido, lafuncin de un amplificador de audio es elevar la potencia de una seal de audio. La figuraque aparece a continuacin es una representacin simblica de una conexin de audio entreuna fuente de sonido, un amplificador y un parlante.

Si seguimos el razonamiento especificado anteriormente, sta sera la forma:

E1= 1 Volt. RMSZ1= 10 kOhms (10,000 Ohms).

De aqu, la potencia de la seal de lnea se deduce a travs de la frmula: P = E12/ 10,000.= 12/ 10,000

= 0.0001 watt .

3- Poten c ia de am pl i f icado r :especifica el nivel de potencia que un modelo determinado es

capaz de entregar, con una determinada impedancia, un nivel de distorsin especfico y sobre unrango de frecuencias determinado. A continuacin presentamos una especificacin tipo:

Nivel de salida de Potencia:Salida continua, THD total menor a 0.05%, 20 Hz - 20 kHz.

Stereo, 8 ohms : 240 Watts / canal.Stereo, 4 ohms : 400 Watts / canal.

Debemos leer con cuidado la especificacin referida a potencia si esperamos evitar malasinterpretaciones. Una especificacin completa debera incluir todos los parmetros especificadosanteriormente.

Otro punto importante a verificar es que la especificacin de potencia sea en PROMEDIO, nen PICOS.Cuando la especificacin viene en esta ltima opcin, generalmente es un sntoma de queel transformador est operando muy cerca de su lmite. Por esta razn, si bien puede ser un buenequipo para aplicaciones en audio hogareo, no es recomendable para uso en sistemasprofesionales.


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a. Con dic ion es de am biente pred eterm inadas:es posible que en algn equipovenga una sigla "FTC". Esto es un "standard"de verificacin, diseada aos atrs por unente verificador norteamericano, en respuesta a la enorme cantidad de modelos, fabricantes,y maneras de presentar especificaciones. Hay un detalle en trminos de condiciones en lascuales debe realizarse la verificacin.

b. A ncho de banda :en un amplificador, es la habilidad que ste posee para producir alto

nivel de potencia sobre un rango de frecuencia amplio. De esta manera, se cuantifica elrango de frecuencias fuera del cual, el equipo revisado cae en ms del 50% en su potenciaespecificada. Se puede presentar, tanto en modo grfico como en modo resumido.

1-Impedancia de carga: 16 Ohms. THD 0,05%. MONO.2-Impedancia de carga: 8 Ohms. THD 0,05%. STEREO.

La figura semeja una curva de respuesta en frecuencia. En realidad, no es as.nicamentese cuantifican los puntos por fuera de los cuales el rendimiento de este equipo cae ms de

3 dB.

c. O perac in en m od o PUENTE (Br idg ed):muchos amplificadores presentan una

especificacin similar a la que sigue:Nivel de salida en Potencia:THD inferior a 0,05%. 20 Hz - 20 kHz.

Stereo. 8 Ohms: 240 Watts / canal.Stereo. 4 Ohms: 400 Watts / canal.Mono, 8 Ohms: 800 Watts.

La especificacin final se refiere a la capacidad de un amplificador en modo PUENTE. Estemodo puede ser seleccionado generalmente en el panel de control del equipo y normalmente, requiere unaconexin especial. Cuando un amplificador es "puenteado", ambos canales reciben la misma seal(generalmente desde su entrada izquierda), pero la polaridad de un canal (normalmente el derecho) esrevertida en relacin al otro. Las seales de salida de un amplificador en modo puente son graficadas en lafigura que sigue:


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Un amplificador puenteado es conectado normalmente como lo muestra la figura acontinuacin. Generalmente, los parlantes se conectan a los dos terminales positivos (uno decada canal). La salida izquierda es normalmente la conexin positiva y la salida derecha es laconexin negativa.

Nota: la especificacin dada anteriormente nos brinda informacin referida a unaimpedancia de 8 Ohms nicamente. Esto es as, porque, la impedancia mnima en modopuente es el doble de la requerida en modo stereo.

Nota II:es importante remarcar la diferencia que existe entre el modo PUENTEde unamplificador y el modoMONOcomn de un equipo de audio hogareo. Generalmente MONO

implica que los dos canales de un amplificador reproducen la misma seal, en fase, y cadacanal es conectado a un parlante diferente.

d . Ef ect o "CLIPPING":


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En la figura (A), vemos la salida del amplificador inmediatamenteantes del punto de saturacin; la forma de onda es una rplicaexacta de la entrada al amplificador.

En la figura (B), levantamos un poco el nivel de entrada y yapuede verse el resultado de la saturacin. Los segmentos deonda sonora que exceden la capacidad en voltaje del amplificadorson cortados. Como el amplificador no puede producir seal convoltaje superior, simplemente mantiene su nivel mximo de salidahasta que la seal de entrada baja su nivel a uno que elamplificador puede manejar. Como consecuencia, la forma deonda es modificada en sus puntos lmites.

En (C), se puede ver lo que sucede cuando levantamos an msel nivel de entrada en un amplificador. La salida no seincrementa; simplemente aumenta el porcentaje de sealeseliminadas.

"Clipping" tiene dos efectos bsicos: por un lado aumenta engran manera la distorsin, lo que resulta en la generacin de componentes sonoros de altafrecuencia que cambian el sonido, poniendo adems en riesgo los reproductores de agudos(drivers). Por otro lado, aumenta en gran manera el promedio de potencia aplicado a la carga loque se traduce en recalentamiento de bobinas en cualquier driver.


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4- Relacin en tre p ot encia de am p l if icado r y SPL: el factor que da cuenta de estarelacin es la sensitividad del parlante. A menos que sea identificado de otra manera, se especificaen dB SPL, 1 watt, 1 metro de distancia, en axis (directamente en frente del parlante). Un ejemploprctico se da a continuacin:

Sensitividad: 93 dB SPL100 watts cont nuos; 400 watts pico.

Lo primero que deberamos hacer es encontrar la diferencia en dB entre los 100y los 400watts de niveles mximos y el 1watt al cual se especifica la sensitividad. Una vez que tengamos estefactor, podemos realizar las sumas correspondientes para conocer la sensitividad total del parlante.

Por ello: .ndB : 10 xlog (P1/ P2): 10 xlog (100 / 1): 10 xlog 100: 10 x2: 20 dB.

La sensitividad a 100 watts es 20 dB superior a la especificada, por lo tanto:93 dB + 20 dB = 113 dBSPL(continuo).

El mismo proceso se d para verificar sensitividad a 400 watts pico, donde, abreviando los clculos.ndB : 26 dB

93 dB + 26 dB = 119 dB SPL (pico)

Supongamos que utilizaremos este parlante con un amplificador de 50 watts continuos / 100 wattspico. Los clculos que debemos realizar son:

1) Para potencia continua : ndB = 10 xlog (50 / 1) = 17 dB.2) Para potencia pico : ndB = 10 xlog (100 / 1) = 20 dB.

Por lo tanto, en potencia continua, este parlante estar entregando 110 dB SPLy para picos, 113dB SPLEn la prctica, no se recomienda un uso de potencia continua menor a 6 dB de distancia conrespecto a potencia pico, de manera de asegurarnos un buen rendimiento del sistema a travs

del tiempo.

5- Factores im po rtan tes en la eleccin d e p ot encias para u n sistem a

determ inado d e par lantes:

I) A menos que el sistema se utilice nicamente a bajos niveles, es importanteque la potencia no sea demasiado pequea; de otra manera ser imposiblellegar al mximo potencial SPL. Un amplificador de potencia inadecuadapodra daar los parlantes, cuando llega a distorsionar y generar estructurasarmnicas ms complejas de lo requerido.

II) Por otro lado, no se aconseja elegir un amplificador excesivamente mspotente que lo que los parlantes pueden soportar, debido a que puede


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destruir ms fcilmente los mismos, ya sea por calor (exceso de watts) por

exceso de movimiento mecnico.

III) El amplificador debera soportar la impedancia que los parlantes presentan.Se debera calcular la carga total que ser producida por todos los parlantesconectados al amplificador.

Interpretacin de capacidad de potencia :una especificacin tipo podra ser:

Potencia:120 watts continuos.240 watts programa.480 watts pico.

En este punto, debemos clarificar el significado de cada uno de estos trminos:CONTINUO :se refiere a un nivel promedio de potencia que un parlante puede soportar

por largo tiempo; representa el mximo nivel de calor en el parlante.PROGRAMA : es una medicin usando una seal de testeo que se aproxima a un

programa sonoro normal.PICO :indica el mximo instantneo (intervalos de tiempo generalmente inferiores

a 1/10de segundo)

Esta estructura de trminos se condice con el siguiente orden de programa sonoro:

CONTINUO :corresponde al nivel promedio continuo de programa sonoro.PROGRAMA : corresponde al nivel mximo en promedio de un programa sonoro, entrminos de, por ejemplo, 1 minuto continuo.

PICO : corresponde al nivel mximo que un programa puede tener, con unaduracin inferior a 1 segundo.

Para un parlante con especificaciones como las detalladas anteriormente, un amplif icador correctosera alguno con una especificacin de potencia cercana a los 240 watts por salida, en igualimpedancia a la del parlante. Es decir, la indicacin de potencia de programa es la vlida paraigualar con el amplificador. En el caso que la especificacin no contemple la opcin PROGRAMAytraiga las otras opciones, lo lgico es efectuar una interpolacin entre los dos valores provistos, de

manera de llegar al valor necesario.

Clculo de im ped ancia:la impedancia en un parlante es la oposicin total al flujo de corriente

elctrica que ste presenta a la salida de un amplificador. La potencia entregada por un amplificador esinversamente proporcional a la impedancia del parlante. Cuanto ms alta sea la impedancia, menor ser lapotencia efectiva, y viceversa. Por esta razn, la especificacin de potencia se da generalmente a 2 msvalores de impedancia distintos y, tpicamente el valor de potencia en 4 Ohms es cercano al doble del valor a8 Ohms.

La impedancia que un amplificador "ve"en su salida debe ser siempre superior a "0 ".De lo contrario,

el amplificador puede ser expuesto a un cortocircuito.


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En la realidad, la impedancia a la salida de un amplif icador no debera ser inferior a 4 Ohms; si

bien algunos modelos pueden ser operados a 2 Ohms, no es recomendable usarlos en estascondiciones, por dos motivos principales:

a) El amplificador es sometido a exceso de trabajo.b) El cable de parlante debera ser grueso, especialmente en longitudes grandes.

Generalmente los parlantes presentan una especificacin de impedancia nominal, en Ohms; algunosmodelos presentan una curva de impedancia como la ejemplificada a continuacin:

En este caso, la impedancia est especificada con respecto a la frecuencia. Notar que no es

constante sino que, en realidad, presenta variaciones grandes. El aumento en (A )se debe a la

resonancia natural del parlante, y a su vez puede relacionarse con detalles de construccin del

gabinete. (B) representa el punto nominal de impedancia, que es normalmente el punto mnimo

dentro del rango especificado.

Hay dos maneras de conectar 2 ms parlantes a una misma lnea de potencia, es decir PARALELOSERIE.La figura a continuacin nos ilustra las dos formas:

Cuando dos ms parlantes estn conectados en serie (A), la corriente desde el amplificador pasaen forma serial de un parlante a otro, y la impedancia neta del sistema es la suma de lasimpedancias de cada uno de los parlantes conectados en esta manera. Es decir, para 3 parlantesde 8 Ohms cada uno de impedancia conectados en serie, la impedancia totala la salida delamplificadorsera: 8 + 8 + 8 =24 Ohms.


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Cuando dos ms parlantes estn conectados en paralelo (B), la forma de calcular la impedancia

neta del sistema es un poco ms complicada. La frmula a continuacin es la que debe ser utilizadapara hacerlo:

Z (neta)= 1 / (1/Z1 + 1/Z2 + 1/Zn)

Donde "n" es el nmero total de parlantes conectados en paralelo.

Afortunadamente, cuando conectamos dos parlantes de igual impedancia, el clculo se reduce. Laimpedancia neta en este caso es igual a la mitad de la impedancia de cada uno de los parlantes. Porejemplo, conectando dos parlantes de 8 Ohms cada uno de impedancia en paralelo, laimpedancia neta a la salida del amplificador serde 4 Ohms.Si los parlantes no son de igualimpedancia, si hay ms de dos conectados, debe usarse la frmula para calcular la impedancia netadel sistema.NOTA: si hay ms de dos parlantes conectados en paralelo, pero todos presentan la mismaimpedancia nominal, entonces, la impedancia neta del sistema es igual la impedancia de 1 de losparlantes dividida por la cantidad total de parlantes conectados. Por ejemplo: 3 parlantes de 8 Ohmscada uno conectados en paralelo presentarn una impedancia neta de 8 / 3, es decir: 2,667Ohms.

Ventajas y desventajas de conexiones en serie y en paralelo:- SERIE :resultan en conexiones de mayor impedancia. Si uno de los elementos conectados

falla, el sistema entero se encuentra vaco, y se convierte en un circuito abierto, dejando de sonartodos los parlantes conectados en esta forma.- PARALELO :resultan en conexiones de menor impedancia. de esta manera tenemos un lmite en

relacin a cuntos parlantes podemos conectar de esta manera antes de que la impedancia neta seamenor a la deseada a la salida del amplificador. Si uno de los parlantes conectados falla, los demssiguen sonando.

Por estas razones, la conexin en PARALELOes la ms utilizada a la hora de ensamblar sistemasde varios parlantes.Por ltimo, se puede combinar ambas formas de conexin.


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En este caso, la impedancia neta debe ser calculada a partir de la impedancia neta de cada juego deparlantes conectados en serie, para, en un segundo paso, calcular la impedancia neta de estas"series"conectadas en paralelo. Esta manera de conectar, permite usar un gran nmero de parlantesen una sola salida de amplificador, pudiendo utilizar la potencia total del mismo compartida por todoslos parlantes conectados. Sin embargo, antes de realizar este tipo de conexin debe considerarse losiguiente:

i) Permite uti lizar una pequea cantidad de potencia para cada parlante.ii) Todo el sistema depende de un solo amplificador, por lo que, en el caso

en que ste tenga algn problema, el sistema completo dejara defuncionar.

iii) La conexin es ms complicada, haciendo difcil su realizacin rpida.

6- En sistemas de sonido para instalaciones fijas (por ejemplo, shoppings, aeropuertos, etc) conrequerimientos limitados en lo referente a calidad de sonido, se suele utilizar una variante conocida

comoSistemas de Distribucin con Voltaje Constante (CV).

El sistema se construye a partir de un amplificador cuyo voltaje de salida es constante, sobre unrango importante de impedancias de carga (generalmente sobre un mnimo de 4 Ohms). Empleatransformadores conectados en paralelo a travs de la lnea de distribucin de seal. Estostransformadores presentan una impedancia relativamente alta a la lnea y vienen provistos de "taps"para variar el voltaje dirigido a cada parlante. Como el voltaje de salida del amplificador permanecerelativamente constante sin importar la impedancia de carga, se puede conectar y/o desconectardiversos parlantes sin que se aprecien cambios de intensidad en los parlantes que quedenconectados. Adems, los "taps"permiten ajustar el nivel de potencia sonora que cada parlante debetener, independientemente de los otros. Esto permite ajustar el nivel de sonido en cada rea porseparado. Este tipo de distribucin de seal no se utiliza para sistemas de sonido en vivo;fundamentalmente es para instalaciones fijas, con requerimientos simples en lo que respecta acalidad sonora.

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