• Sistemas de tensão constante (70V, 100V)

    Sistemas de tensão constante ou de alta impedância são freqüentemente um conceito um tanto confuso, embora na verdade sejam muito fáceis de projetar, entre outras coisas porque se destinam a ser instalados por pessoas com pouco conhecimento de sistemas de som. Neste artigo vamos tentar esclarecer os conceitos simples que precisam ser conhecidos neste tipo de sistema.


    Existem dúvidas sobre a origem do termo, embora provavelmente derivem do fato de que os diferentes amplificadores utilizados têm a mesma tensão de saída elétrica, que geralmente é de 100V na Europa e 70,7V (que geralmente é escrita simplesmente como 70V) na EUA. Também são às vezes chamados de "sistemas de alta impedância" porque os alto-falantes utilizados podem atingir impedâncias de até vários milhares de ohms, em comparação com sistemas de baixa impedância onde é raro ver uma carga maior do que 16 ohms por alto-falante. Também se fala de "sistemas de linhas distribuídas", bem como de "sistemas de linhas 100V" (ou 70V), dando origem à abreviação "sistemas de linhas".

    Sistemas em que a tensão na saída do amplificador é elevada e reduzida antes do alto-falante começar a ser usado na EUA no final dos anos 1920, com o termo "tensão constante" aparecendo já em 1931 (Radio Physics Course 2nd Ed., Radio Technical Publishing co., N.Y.).

    A ilustração mostra um exemplo com três alto-falantes. Normalmente, tal sistema utiliza muitos alto-falantes (como indicado pelos pontos de suspensão na ilustração), mas por simplicidade, apenas três são utilizados.

    Benefícios

    Há várias razões para o uso de sistemas de tensão constante:


    1. Minimizar perdas de cabos ou reduzir o custo de cabeamento.
    Há muitas aplicações onde os cabos são extremamente longos (pense em um hotel ou aeroporto) e, portanto, a perda de energia no cabeamento é um fator crítico. As perdas de cabos são uma função do quadrado da corrente e, portanto, se pudermos aumentar a tensão (reduzindo assim significativamente a intensidade da corrente) que percorre a linha do alto-falante e reduzi-la quando ela chega ao alto-falante, teremos conseguido reduzir a perda de energia produzida pelo cabo, ou poderemos nos dar ao luxo de usar um cabo de menor calibre. É um processo semelhante ao transporte de eletricidade pelas empresas elétricas, que a transportam a várias dezenas de milhares de volts e depois a baixam para 230V ou 115V (o que eleva a corrente) quando ela chega a nossa vizinhança. Como exemplo, podemos transportar 250W com uma linha de 100V a uma distância de 1200 metros com uma perda de apenas 3 dB de potência para um cabo de apenas 2mm2 (AWG14). A referência de comprimento máximo dos cabos dos alto-falantes é uma tabela com valores de cabeamento para instalações de alta impedância.

    2. Permitir que muitos alto-falantes de baixa potência sejam conectados
    Com impedâncias como 8 ou 16 ohms, é difícil conectar um grande número de caixas em paralelo (e as conexões em série paralelas são evitadas, pois a falha de uma unidade afeta todas as outras em série com ela). Entretanto, em sistemas de tensão constante, centenas de alto-falantes podem ser conectados em paralelo.

    3. Cálculo simples de instalação
    O cálculo do amplificador necessário não poderia ser mais simples: basta somar a potência de entrada de cada uma das caixas conectadas à mesma linha e escolher um amplificador com a mesma ou maior capacidade de potência de saída (opcionalmente adicionando um fator de sobredimensionamento). Neste sentido, é o mesmo que a instalação elétrica de uma casa; basta garantir que a energia disponível da linha seja suficiente para a soma dos dispositivos conectados a ela.

    4. Flexibilidade
    Os transformadores de entrada para alto-falantes de linha de tensão constante geralmente permitem uma escolha de potência de entrada. Isto facilita a seleção de diferentes níveis para diferentes zonas. Podemos brincar com os poderes de entrada de um sistema para dar mais volume a algumas zonas e menos volume a outras de uma maneira simples. Por exemplo, a seção jovem de uma zona comercial poderia receber mais energia do que as áreas destinadas a um público adulto que não quer ouvir música em um volume tão alto. E essas configurações poderiam ser facilmente alteradas se os requisitos de volume em cada zona mudassem (por exemplo, realocando cada zona).

    Linhas de alta tensão. Transformadores elevadores e rebaixadores

    100 ou 70 volts são tensões altas considerando que os alto-falantes são geralmente de baixa potência. Para alcançar estas altas tensões com amplificadores que não as geram com sua eletrônica de potência, é utilizado um transformador elevador (step-up) na saída de cada canal do amplificador. Aqueles amplificadores que são especificamente projetados para linhas de tensão constante têm-no integrado, embora às vezes também sejam utilizados transformadores externos acoplados a amplificadores convencionais. Estes transformadores elevadores geralmente têm vários enrolamentos que permitem uma saída de 70V e 100V, e às vezes também 25V, que é uma baixa tensão usada nos EUA porque permite uma menor segurança elétrica para fins legais. Ainda menos comum é o uso de linhas de 50V. Muitas vezes os amplificadores também têm uma saída direta, sem passar pelo transformador, para cargas de baixa impedância. As diferentes saídas podem ser usadas simultaneamente; por exemplo, poderíamos usar o mesmo canal para amplificar um alto-falante de 8 ohm e um grupo de caixas auxiliares com um transformador de entrada.

    Em outros casos, os amplificadores geram 100V ou 70V diretamente sem a ajuda de um transformador. Tipicamente, este tipo de amplificador de linha sem transformador só desenha uma destas duas tensões, de modo que frequentemente descobrimos que os fabricantes americanos usam modelos com saída de 70V, enquanto os fabricantes europeus desenham 100V.

    Se pudermos escolher entre 70 ou 100V, escolheremos utilizar linhas de 100V, já que a tensão mais alta nos permitirá reduzir as perdas de cabos ou utilizar cabos de menor seção (e, portanto, menor custo). Em casos extremos, a maioria dos amplificadores para aplicações de tensão constante que têm dois ou mais canais nos permitem unir dois canais em modo ponte, obtendo uma saída de 140V ou 200V, caso em que a potência dos alto-falantes será quatro vezes maior do que a que sua posição indica para a tensão desenfreada (por exemplo, a posição de 15W para 100V corresponderia a 60W para 200V), evitando que possa haver pessoas que, desconhecendo o modo ponte do sistema, selecionem as posições de maior potência dos alto-falantes.

    Outra possibilidade é utilizar amplificadores de potência convencionais. Por exemplo, um amplificador de 1250W por canal 4-ohm produz uma tensão nominal de saída de 70V (usando a lei de Joule, uma das fórmulas básicas em eletricidade). E um amplificador de 2500W por canal a 4 ohms recebe uma tensão nominal de saída de 100V. Se isto sugerir amplificadores superdimensionados para o número de alto-falantes que a linha irá transportar, amplificadores menores podem ser usados no modo ponte. Por exemplo, um amplificador com ponte de 625W a 8 ohms em ponte (para 70V) ou um 1250W a 8 ohms (para 100V) em ponte.

    Os alto-falantes também possuem um transformador que reduz a tensão para que eles recebam energia adequada. Este transformador geralmente faz parte do alto-falante em produtos especificamente projetados para linhas de tensão constante, embora transformadores externos sejam às vezes usados em conjunto com alto-falantes convencionais, particularmente quando são caixas acusticas de alta potência que não possuem uma versão de transformador fornecida pelo fabricante. Estes transformadores rebaixadores geralmente têm vários enrolamentos que permitem selecionar a potência que você deseja receber da linha; nestes casos, geralmente há um seletor de potência de entrada que permite escolher entre diferentes potências em passos que normalmente são de 3 dB (os níveis de potência são duplicados) e normalmente são marcados com seus correspondentes 70V e 100V. As posições do seletor do transformador são compartilhadas para 70V e 100V, com a posição para 70V de uma determinada potência correspondendo ao dobro da potência com 100V (por exemplo, a posição de 15W a 70V corresponde a 30W a 100V e, da mesma forma, a posição de 30W a 100V corresponde a 15W a 70V). Às vezes há uma posição adicional que contorna o transformador e permite que o alto-falante seja usado como se não estivesse equipado com um transformador; isto pode ser útil ao expandir as aplicações do produto, mas o instalador deve ter cuidado para não selecionar acidentalmente esta posição sem um transformador em uma linha de 70 ou 100V.

    A qualidade dos transformadores, tanto os elevadores (aqueles que vão com o amplificador) quanto os redutores (aqueles que vão com os alto-falantes), é fundamental para a qualidade do som. Os transformadores comumente usados em fontes de alimentação não são utilizáveis para esta aplicação porque não fornecem impedância uniforme com freqüência e, portanto, afetam a resposta de freqüência do sistema. Dentro dos transformadores específicos para alto-falantes neste tipo de sistema, somente os transformadores da mais alta qualidade permitirão uma resposta correta na parte superior do espectro de alta freqüência. Outro problema com os transformadores é o da saturação do núcleo. Em altos níveis de potência, os transformadores ficam saturados, o que diminui a impedância de carga da linha. Isto é um problema porque o amplificador fornece mais potência (ou tenta fazê-lo, possivelmente ativando a proteção de sobrecorrente do amplificador) e os alto-falantes recebem mais potência, o que pode prejudicar a segurança da instalação além de afetar a qualidade sonora.

    Podemos distinguir entre dois tipos de transformadores para aplicações de tensão constante. O primeiro é o transformador de isolamento (transformador de isolamento), que é aquele que tem dois enrolamentos em um núcleo de ferro fechado. O termo "isolamento" é usado porque não há conexão elétrica entre a entrada e a saída (há o que se chama isolamento galvânico), sendo a corrente conduzida de forma eletromagnética. O segundo tipo de transformador é o autotransformador (autoformer), que consiste em um único enrolamento com um núcleo de ferro ou aço no interior. Este tipo de transformador é mais barato e mais leve, mas não é considerado adequado para instalações sonoras de qualidade e é menos seguro do que o isolamento, uma vez que uma falha no enrolamento resultará na entrega da tensão máxima na saída. Como os transformadores de potência, aqueles utilizados para linhas de tensão constante também podem ser toroidais, um pouco mais leves e mais eficientes. Por outro lado, os transformadores de isolamento podem evitar potenciais problemas no circuito de terra.




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