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3.- Sist. convenc. y proces.

3 Sistemas Convencionales y Sistemas Procesados

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3.1

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1) Proceso de Optimización de Sistemas Un sistema Procesado consiste de: - Procesador de Altavoces (Filtros + EQ + Delay + Limitador) - Amplificadores - Cajas Acústicas

Un sistema convencional consiste de: - Crossover convencional (Filtros) - Amplificadores - Cajas Acústicas

Ajustes de nivel, crossover, polaridad, delay y ecualización Las ilustraciones 3.1 a la 3.9 muestran el proceso de optimización de un sistema procesado paso por paso.

rango de frecuencias No utilizable

La ilustración 3.1 muestra la medición del transductor de agudos sin crossover (nota: la ganancia del amplificador utilizado es 40X).

rango de frecuencias utilizable frecuencias no retrasadas

frecuencias más retrasadas

Figura 3.1 Transductor de Agudos La ilustración 3.2 muestra la medición del transductor de graves sin crossover (nota: la ganancia del amplificador utilizado es 40X).

rango de frecuencias utilizable

rangos de frecuencias NO utilizables

Figura 3.2 Transductor de Graves Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.2

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En el ejemplo mostrado en las ilustraciones 3.1 y 3.2 se desprende que el rango operativo del transductor de agudos inicia a partir de los 400 Hz, y el rango operativo del transductor de graves alcanza hasta los 4 kHz. Por lo tanto nuestro punto de corte se debe situar en una frecuencia superior a 400 Hz e inferior a 4 kHz.

El punto de corte debe situarse en aquella frecuencia dentro del rango operativo común a ambos transductores en donde el ángulo de cobertura (beamwidth) sea el mismo para ambos transductores. La ilustración 3.3A muestra el beamwidth de los transductores mostrados en las ilustraciones 3.1 y 3.2. El trazo rojo representa el beamwidth del transductor de graves, y el trazo azul representa el beamwidth del transductor de agudos.

Desafortunadamente la elección del punto de corte es un asunto más complejo de lo que se piensa, ya que la elección del punto de corte involucra no solo el rango operativo de cada transductor, sino también el “beamwidth” de cada transductor.

Beamwidth. Cobertura (puntos de -6dB) vs Frecuencia 360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º 20K

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Figura 3.3A Bemawidth individual de ambos transductores Se puede apreciar que el beamwidth es común a ambos transductores en la frecuencia de 1 kHz (cobertura de 70 grados). También se puede observar que en la frecuencia de 500 Hz el beamwidth es diferente entre ambos transductores (140 grados en el transductor de agudos y 100 grados en el transductor de graves). Asimismo se puede observar que en la frecuencia de 2 kHz el beamwidth es diferente entre ambos transductores (70 grados en el transductor de agudos y 45 grados en el transductor de graves.

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3.3

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La ilustración 3.3B muestra el beamwidth resultante al seleccionar 500 Hz como punto de corte. Puede observarse una fuerte irregularidad en el trazo de beamwidth en el área de 500 Hz. Beamwidth. Cobertura (puntos de -6dB) vs Frecuencia 360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

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Figura 3.3B Bemawidth combinado (punto de corte en 500 Hz) La ilustración 3.3C muestra el beamwidth resultante al seleccionar 1 kHz como punto de corte. Puede observarse un trazo uniforme de beamwidth en el área de 1 kHz. Beamwidth. Cobertura (puntos de -6dB) vs Frecuencia 360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

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360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º 20K

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Figura 3.3C Bemawidth combinado (punto de corte en 1 kHz) Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.4

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La ilustración 3.3D muestra el beamwidth resultante al seleccionar 2 kHz como punto de corte. Puede observarse una clara irregularidad en el trazo de beamwidth en el área de 2 kHz. Beamwidth. Cobertura (puntos de -6dB) vs Frecuencia 360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

360º 350º 340º 330º 320º 310º 300º 290º 280º 270º 260º 250º 240º 230º 220º 210º 200º 190º 180º 170º 160º 150º 140º 130º 120º 110º 100º 90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º 20K

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Figura 3.3D Bemawidth combinado (punto de corte en 2 kHz) Pero ¿cuáles son las consecuencias de las irregularidades en el bemwidth al seleccionar un punto de corte erroneo?

En la ilustración 3.3E el punto de corte seleccionado es 1 kHz. Se puede observar que el trazo en el borde de cobertura es uniforme.

La ilustraciones 3.3E y 3.3F muestran gráficas de respuesta de frecuencia en el eje (trazo azul) y el el borde de cobertura (trazo verde) al utilizar como puntos de corte 1 kHz (punto de corte adecuado en este ejemplo) y 2 kHz (el punto de corte NO adecuado) respectivamente.

punto de corte del “crossover”

en este punto el “beamwidth” del transductor de bajos es igual al d el del difusor de trompeta

rango de frecuencias con cobertura uniforme

Figura 3.3E respuesta de frecuencia en el eje y en el borde de cobertura (punto de corte en 1 kHz) Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.5

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En la ilustración 3.3F el punto de corte seleccionado es 2 kHz. Se puede observar que el trazo en el borde de cobertura presenta irregularidad en el area de 2 kHz.

punto de corte del “crossover”

en este punto el “beamwidth” del transductor de bajos se hace mas estrecho que el del difusor de trompeta

rango de frecuencias con cobertura uniforme

Figura 3.3F respuesta de frecuencia en el eje y en el borde de cobertura (punto de corte en 2 kHz) Las ilustraciones 3.4A y 3.4B muestran el efecto producido en ambos transductores al seleccionar 1 kHz como punto de corte (HPF y LPF en 1 kHz).

La ilustración 3.4A muestra la respuesta de frecuencia del transductor de agudos sin crossover (trazo claro) y con crossover (trazo obscuro). El tipo de filtro utilizado es Linkwitz-Riley y la pendiente es de 4to orden. Puede observarse que el nivel en 1khz se ha reducido 6 dB, y que la fase en 1 kHz se ha desplazado 180 grados.

6 dB de atenuación

180 de desplazamiento de fase

Figura 3.45A respuesta de frecuencia sin crossover y con crossover (transductor de agudos)

Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.6

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La ilustración 3.4B muestra la respuesta de frecuencia del transductor de graves sin crossover (trazo claro) y con crossover (trazo obscuro). El tipo de filtro utilizado es Linkwitz-Riley y la pendiente es de 4to orden. Puede observarse que el nivel en 1khz se ha reducido 6 dB, y que la fase en 1 kHz se ha desplazado 180 grados.

6 dB de atenuación

180 de desplazamiento de fase

Figura 3.45B respuesta de frecuencia sin crossover y con crossover (transductor de graves)

Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.7

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Como se ha visto, seleccionar el punto de corte es un asunto muy complejo que involucra: - La excursión del transductor de agudos en el punto de corte - El Beamwidth de ambos transductores en el punto de corte - La selección del tipo de filtro y pendiente para cada vía

La ilustración 3.4A muestra ambos transductores a traves del crossover.

altavoz con mayor sensibilidad altavoz con menor sensibilidad

punto de corte acústico

Figura 3.4A Graves y Agudos a través del crossover La ilustración 3.4B muestra el ajuste de nivel entre ambos transductores.

nivel entre altavoces ajustado

En este caso se incrementaron 5 dB a la vía de graves (debido a que en este caso la vía de agudos posee 5 dB más de sensibilidad).

area de corte acústico

Figura 3.4B Ajuste de nivel entre transductores Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.8

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La ilustración 3.5 muestra la relación de fase entre ambos transductores en el punto de corte (903 Hz). Puede apreciarse que en el punto de corte, la fase prácticamente “coincide”. Lo anterior puede hacernos suponer que la relación de fase en el punto de corte se encuentra “optimizada”. Desafortunadamente en las frecuencias inferiores y superiores al punto de corte, la relación de fase se desajusta (la pendiente de fase de ambos transductores en el punto de corte no es similar). El desajuste de fase es tal, que en 1100 Hz aprox. Dicho desajuste llega a ser de 120 grados. Esto se debe a que la pendiente del trazo de fase de la vía de agudos es mucho mas pronunciada que la pendiente del trazo de fase de la vía de agudos.

La ilustración 3.6A muestra la respuesta de impulso de dicho sistema. Pueden apreciarse dos impulsos separados por 0.4 ms aprox. (posiblemente el sistema NO se encuentra “alineado en tiempo”). La ilustración 3.6B muestra la respuesta de impulso individual del altavoz de agudos. La ilustración 3.6C muestra la respuesta de impulso individual del altavoz de graves. Es claramente notorio que el altavoz de graves se encuentra “antes” que el altavoz de agudos por 0.4 ms aprox (0.364 ms para ser exacto). En otras palabras, el altavoz de agudos se encuentra “retrasado” 0.364 ms con respecto al altavoz de graves.

Figura 3.5 relación de fase entre transductores (graves adelantados 0.364 ms)

Figura 3.6A Altavoz de graves adelantado 0.364 ms con respecto al altavoz de agudos Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.9

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Nota: al observar con detenimiento los trazos de fase de la ilustración 3.5 se puede apreciar que la pendiente del trazo de fase del altavoz de agudos es más pronunciada que la pendiente del trazo de fase del altavos de graves.

Esto significa que el altavoz de agudos se encuentra retrasado. En caso de que el trazo de fase del altavoz de graves tuviera pendiente más pronunciada, significaría que dicho altavos se encuentra retrasado. Por lo tanto para poder “alinear” ambos impulsos es necesario añadir 0.364 ms a la via de graves.

Figura 3.6B respuesta de impulso del altavoz de agudos

Figura 3.6C respuesta de impulso del altavoz de graves (adelantado 0.364 ms) La ilustración 3.7A muestra que la relación de fase entre ambos transductores se encuentra aún desajustada por 60 grados aprox. en el punto de corte. Asimismo se puede observar que la pendiente del trazo de fase del altavos de graves se ha incrementado (por el hecho de añadir 0.364 ms de tiempo ). De cualquier forma la pendiente de fase de ambos transductores aún no es idéntica. Por lo tanto se puede desprender que aun NO se ha logrado “alinear en tiempo” ambos altavoces. La ilustración 3.7B muestra que las pendientes de los trazos de fase de ambos transductores son similares. En este caso se ha tenido que añadir 0.646 ms de tiempo a la vía de graves y se ha tenido que invertir la polaridad de dicho altavoz. Podemos suponer que hemos logrado “alinear en tiempo” ambos altavoces. No solamente se ha logrado ajustar la fase en el punto de corte, sino tambien ajustar la fase en las frecuencias inferiores y superiores cercanas al punto de corte. Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.10

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Figura 3.7A relación de fase sincronizada utilizando la respuesta de impulso (se han añadido 0.364 ms al altavoz de graves)

Figura 3.7B relación de fase entre transductores de acuerdo a la pendiente de los trazos de fase (se han añadido 0.646 ms al altavoz de graves, y se ha invertido su polaridad) Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.11

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En la ilustración 3.7C se puede observar que el trazo de la pendiente de fase del altavoz de graves es ligeramente mayor que el trazo de la pendiente de fase del altavos de agudos. En este caso se han añadido 1.198 ms de tiempo al altavoz de graves. En este caso el desajuste de fase en 1100 Hz es 60 grados aprox.

Figura 3.7C relación de fase entre transductores de acuerdo a la pendiente de los trazos de fase (se han añadido 1.198 ms al altavoz de graves) De cualquier forma es dificil determinar en cuál situacion (0.646 ms o 1.198 ms) se ha logrado el “alineamiento de tiempo” correcto.

a la vía de graves). Debido a esto, el trazo morado presenta mayor suma que el trazo verde en la región del punto de corte.

Pero ¿Cuál es la importancia del correcto “alineamiento de tiempo”?, porque de cualquier forma en los 3 casos expuestos anteriormente, el trazo de fase de ambos transductores “coincide” en el punto de corte.

La ilustración 3.8B muestra que se obtiene mayor suma en el trazo azul (0.646ms de retraso añadido en la vía de graves), en relación al trazo verde (0.364 ms de retraso añadido en la vía de graves).

La ilustración 3.8A muestra que se obtiene mayor suma en el trazo morado (1.198 ms de retraso añadido en la vía de graves), en relación al trazo verde (0.364 ms de retraso añadido en la vía de graves).

Si se revisan las ilustraciones 3.7A y 3.7B se puede observar que los los trazos de las pendientes de fase de ambos transductores son más similares en la ilustración 3.7B (0.646ms de retraso añadido a la vía de graves) que en la ilustración 3.7A (0.364 ms de retraso añadido a la vía de graves). Debido a esto, el trazo azul presenta mayor suma que el trazo verde en la región del punto de corte.

Si se revisan las ilustraciones 3.7A y 3.7C se puede observar que los los trazos de las pendientes de fase de ambos transductores son más similares en la ilustración 3.7C (1.198 ms de retraso añadido a la vía de graves) que en la ilustración 3.7A (0.364 ms de retraso añadido Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.12

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Figura 3.8A Sistema con 0.364 ms de delay en la vía de graves (trazo verde), y sistema con 1.198 ms de delay en la vía de graves (trazo morado)

Figura 3.8B Sistema con 0.364 ms de delay en la vía de graves (trazo verde), y sistema con 0.646 ms de delay en la vía de graves (trazo azul) Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.13

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3.- Sist. convenc. y proces.

La ilustración 3.8C muestra que se obtiene mayor suma en el trazo azul (0.646ms de retraso añadido en la vía de graves), en relación al trazo morado (1.198 ms de retraso añadido en la vía de graves).

Figura 3.8C Sistema con 1.198 ms de delay en la vía de graves (trazo morado), y sistema con 0.646 ms de delay en la vía de graves (trazo azul) Si se revisan las ilustraciones 3.7B y 3.7C se puede observar que los los trazos de las pendientes de fase de ambos transductores son ligeramente más similares en la ilustración 3.7B (0.646ms de retraso añadido a la vía de graves) que en la ilustración 3.7C (1.198 ms de retraso añadido a la vía de graves). Debido a esto, el trazo azul presenta ligeramente mayor suma que el trazo morado en la región del punto de corte. El beneficio del correcto “alineamiento de tiempo” entre transductores radica en obtener mayor “suma acústica” en la región del punto de corte.

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3.14

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3.- Sist. convenc. y proces.

La ilustración 3.9 muestra la respuesta de frecuencia y fase de ambos transductores de manera individual despues de realizar el “alineamiento de tiempo” y la la ecualización correspondiente para lograr respuesta de frecuencia plana.

Figura 3.9 respuesta de frecuencia de cada transductor despues de alineamineto de tiempo y ecualización

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3.15

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3.- Sist. convenc. y proces.

La ilustración 3.10A muestra el ajuste de Ecualización de la vía de agudos (se utilizaron 2 filtros de ecualización).

La ilustración 3.10B muestra el ejuste ecualización de la vía de graves (se utilizaron 4 filtros de ecualización

Figura 3.10A ecualización utilizada en la vía de agudos

Figura 3.10B ecualización utilizada en la vía de graves Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.16

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3.- Sist. convenc. y proces.

La ilustración 3.10C muestra el punto de corte eléctrico del porcesador despues del ajuste de nivel entre vías y del ajuste de ecualización de cada vía.

La ilustración 3.11 muestra la respuesta de frecuencia y fase del sistema optimizado (Nota: puede observarse lo plano de la respuesta de frecuencia, asimismo se puede apreciar que la respuesta de fase NO es nada plana. Al disminuir la frecuencia aumenta el retraso).

Figura 3.10C punto de corte eléctrico despues del ajuste de nivel y ecualización

Figura 3.11 respuesta de frecuencia y fase en el eje, despues de alineamiento de tiempo y ecualización Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.17

3.- Sist. convenc. y proces.

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2) Ajuste de los limitadores El ajuste de los limitadores es complejo. Involucra factores relacionados con potencia (como Ganancia de Voltaje y Sensitividad de Entrada del amplificador, así como capacidad de potencia AES/ANSI y FTC) y factores relacionados con controles de dinámica (thereshold, ratio, attack y release) de compresores/ limitadores.

Aspectos relacionados con Potencia 1.- Conversión de Máxima Capacidad de Potencia en Máxima Capacidad de Voltaje:

Potencia = (voltaje)2 / impedancia

Ejemplo B: La Máxima Capacidad de Potencia de cierto altavoz es 800 watts RMS continuos(AES/ANSI), y su impedancia de carga es 4 ohms. Para obtener su Máxima Capacidad de Voltaje se debe obtener la raiz cuadrada de la multiplicación de 800 watts por 4 ohms (√800 watts x 4 ohms).

Asimismo Voltaje = √ potencia x impedancia

Máxima Capacidad de Voltaje = √potencia x impedancia de carga

Máxima Capacidad de Voltaje = √ 800 watts x 4 ohms Si uno conoce la máxima capacidad de potencia continua (AES/ANSI), y la impedancia de carga nominal de un altavoz entonces se puede determinar la Máxima Capacidad de Voltaje de dicho altavoz.

Ejemplo A: La Máxima Capacidad de Potencia de cierto altavoz es 600 watts RMS continuos(AES/ANSI), y su impedancia de carga es 8 ohms. Para obtener su Máxima Capacidad de Voltaje se debe obtener la raiz cuadrada de la multiplicación de 600 watts por 8 ohms (√600 watts x 8 ohms).

Máxima Capacidad de Voltaje = √potencia x impedancia de carga

Máxima Capacidad de Voltaje = √ 600 watts x 8 ohms

Máxima Capacidad de Voltaje = √ 3200 Máxima Capacidad de Voltaje = 56.56 volts

Por lo tanto 56.56 volts es igual a 800 watts RMS siempre y cuando la impedancia de carga sea 4 ohms. En otras palabras: 800 watts @ 4 ohms (Máxima Capacidad de Potencia RMS continua) es igual a 56.56 volts (Máxima Capacidad de Voltaje)

2.- Determinando la Ganancia de Voltaje del amplificador:

Máxima Capacidad de Voltaje = √ 4800 Máxima Capacidad de Voltaje = 69.28 volts

La Ganancia determina la relación entre la entrada y la salida en un circuito.

Por lo tanto 69.28 volts es igual a 600 watts RMS siempre y cuando la impedancia de carga sea 8 ohms. En otras palabras: 600 watts @ 8 ohms (Máxima Capacidad de Potencia RMS continua) es igual a 69.28 volts (Máxima Capacidad de Voltaje)

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La Ganancia puede ser expresada como Factor de Multiplicación (X) o en decibeles (dB). Como Factor de Multiplicación, Ganancia = voltaje de Salida / voltaje de Entrada

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3.18

3.- Sist. convenc. y proces.

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Si uno desea obtener la Ganancia de un amplificador de potencia (conocida como Ganancia de Voltaje) es necesario conocer el nivel de la señal de Salida para su correspondiente nivel de señal de Entrada.

Ganancia de Voltaje = Voltaje de Salida / Voltaje de Entrada

Ejemplo C: La señal de Entrada inyectada a un amplificador de potencia es 0.5 volts, y la señal de Salida es 20 volts. Para obtener la Ganancia de Voltaje (como factor de multiplicación) se debe dividir 20 volts entre 0.5 volts.

Por lo tanto la señal de entrada sera amplificada 83 veces por dicho amplificador.

Ganancia de Voltaje = 24.9 volts /0.3 volts Ganancia de Voltaje = 83X

3.- Sensibilidad de Entrada y Ganancia de Voltaje Ganancia de Voltaje = Voltaje de Salida / Voltaje de Entrada

Ganancia de Voltaje = 20 volts /0.5 volts Ganancia de Voltaje = 40X

Por lo tanto la señal de entrada sera amplificada 40 veces por dicho amplificador.

Ejemplo D: La señal de Entrada inyectada a un amplificador de potencia es 0.775 volts, y la señal de Salida es 31 volts. Para obtener la Ganancia de Voltaje (como factor de multiplicación) se debe dividir 31 volts entre 0.775 volts.

Ganancia de Voltaje = Voltaje de Salida / Voltaje de Entrada

Contrario a lo que se piensa, los amplificadores de potencia no producen watts. Los amplificadores de potencia multiplican la señal de entrada determinado número de veces (determinado por el factor de multiplicación). Es el voltaje de Salida del amplificador atravez de la impedancia de carga del altavoz lo que se traduce en potencia,

El Máximo Voltaje de Entrada que un amplificador puede recibir se conoce como Sensibilidad de Entrada. Si se excede el Máximo Voltaje de Entrada, entonces se excedera la capacidad del amplificador por lo que se producira distorsión notoria. Por lo tanto si se divide la Máxima Capacidad de Voltaje entre la Ganancia de Voltaje (como factor de multiplicación) se obtiene el Máximo Voltaje de Entrada (en otras palabras la Sensibilidad de Entrada).

Ganancia de Voltaje = 31 volts /0.775 volts

Sensibilidad de Entrada =

Ganancia de Voltaje = 40X

Máxima Capacidad de Voltaje / Ganancia de Voltaje

Por lo tanto la señal de entrada sera amplificada 40 veces por dicho amplificador.

Tomemos 2 amplificadores de potencia:

Nota: Como puede observarse en los dos ejemplos anteriores, la Ganancia de Voltaje es la misma (40X). Por lo tanto la Ganancia de Voltaje es independiente de la señal de entrada.

Ejemplo E: La señal de Entrada inyectada a un amplificador de potencia es 0.3 volts, y la señal de Salida es 24.9 volts. Para obtener la Ganancia de Voltaje (como factor de multiplicación) se debe dividir 24.9 volts entre 0.3 volts.

Modelo W: Capacidad de potencia FTC 550 watts @ 8 ohms, Ganancia de Voltaje 40 X Modelo X: Capacidad de potencia FTC 495 watts @ 8 ohms, Ganancia de Voltaje 83 X

Ejemplo F: Se conecta al amplificador modelo W (capacidad de potencia FTC 550 watts @ 8 ohms, Ganancia de Voltaje 40 X), un altavoz cuya capacidad de potencia AES/ANSI es 600 watts y cuya carga de impedancia es 8 ohms. Como se puede apreciar la capacidad de potencia del altavoz es 50 watts mayor a la capacidad de potencia del amplificador (capacidad de potencia del altavoz 600

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3.19

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watts, capacidad de potencia del amplificador 550 watts @ 8 ohms).

(capacidad de potencia FTC 495 watts @ 8 ohms, Ganancia de Voltaje 83 X), un altavoz cuya capacidad de potencia AES/ANSI es 600 watts y cuya carga de impedancia es 8 ohms.

Paso 1: Calculo de la Máxima Capacidad de Voltaje del Amplificador

Como se puede apreciar la capacidad de potencia del altavoz es 105 watts mayor a la capacidad de potencia del amplificador (capacidad de potencia del altavoz 600 watts, capacidad de potencia del amplificador 495 watts @ 8 ohms).

Máxima Capacidad de Voltaje = √ Capacidad de potencia del amp. x impedancia de carga Máxima Capacidad de Voltaje = √ 550 watts x 8 ohms Máxima Capacidad de Voltaje = 66.33 volts

Paso 1: Calculo de la Máxima Capacidad de Voltaje del Amplificador

Paso 2: Cálculo de la Sensibilidad de Entrada del Amplificador

Máxima Capacidad de Voltaje = √ Capacidad de potencia del amp. x impedancia de carga

Sensibilidad de Entrada = Máxima Capacidad de Voltaje / Ganancia de Voltaje

Máxima Capacidad de Voltaje = √ 495watts x 8 ohms Máxima Capacidad de Voltaje = 62.92 volts

Sensibilidad de Entrada = 66.33 volts / 40 x Sensibilidad de Entrada = 1.65 volts

Paso 2: Cálculo de la Sensibilidad de Entrada del Amplificador

Umbral de Limitación = 1.65 volts

Nota: Cuando el amplificador W recibe 1.65 volts, su voltaje de salida es 66.33 volts, que con carga de 8 ohms equivale a 550 watts. Esto significa que para evitar exceder la capacidad del amplificador es imperativo que no reciba más de 1.65 volts en su entrada. Podemos asegurarnos que el amplificador NO reciba más de 1.65 volts si en el componente electrónico previo al amplificador incluimos un circuito de limitación con el umbral ajustado a 1.65 volts.

Sensibilidad de Entrada = Máxima Capacidad de Voltaje / Ganancia de Voltaje Sensibilidad de Entrada = 62.92 volts / 83 x Sensibilidad de Entrada = 0.758 volts Umbral de Limitación = 0.758 volts

El componente previo al amplificador en este caso es el procesador de los altavoces o el crossover digital.

Nota: Cuando el amplificador W recibe 0.758 volts, su voltaje de salida es 62.92 volts, que con carga de 8 ohms equivale a 495 watts. Esto significa que para evitar exceder la capacidad del amplificador es imperativo que no reciba más de 0.758 volts en su entrada.

Por lo tanto cuando el procesador de los altavoces/ crossover digital envie 1.65 volts al amplificador de potencia, se enviara 66.33 volts al altavoz (66.33 volts = 550 watts @ 8 ohms). En caso de que el procesador de los altavoces/crossover digital envie más de 1.65 volts al amplificador de potencia, entonces el amplificador de potencia producirá distorsión y asimismo más voltaje de Salida (que se traduce en mayor potencia y mayor temperatura en la bobina del altavoz, lo que puede significar posible daño al altavoz).

Por lo tanto cuando el procesador de los altavoces/ crossover digital envie 0.758 volts al amplificador de potencia, se enviara 62.92 volts al altavoz (62.92 volts = 495 watts @ 8 ohms). En caso de que el procesador de los altavoces/crossover digital envie más de 0.758 volts al amplificador de potencia, entonces el amplificador de potencia producirá distorsión y asimismo más voltaje de Salida (que se traduce en mayor potencia y mayor temperatura en la bobina del altavoz, lo que puede significar posible daño al altavoz).

Si se desea proteger el altavoz entonces se debe ajustar el umbral del procesador de los altavoces/crossover digital a 1.65 volts (6.5 dBu)

Si se desea proteger el altavoz entonces se debe ajustar el umbral del procesador de los altavoces/crossover digital a 0.758 volts (-0.2 dBu)

Ejemplo G: Se conecta al amplificador modelo X Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.20

3.- Sist. convenc. y proces.

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Ejemplo H: Se conecta al amplificador modelo W (capacidad de potencia FTC 550 watts @ 8 ohms, Ganancia de Voltaje 40 X), un altavoz cuya capacidad de potencia AES/ANSI es 400 watts y cuya carga de impedancia es 8 ohms.

Si se desea proteger el altavoz entonces se debe ajustar el umbral del procesador de los altavoces/crossover digital a 1.41 volts (5.19 dBu)

Como se puede apreciar la capacidad de potencia del altavoz es 150 watts menor a la capacidad de potencia del amplificador (capacidad de potencia del altavoz 600 watts, capacidad de potencia del amplificador 495 watts @ 8 ohms). Por lo tanto debemos limitar la Máxima Capacidad de Voltaje del amplificador de acuerdo a la Máxima Capacidad de Voltaje del Altavoz.

Ejemplo I: Se conecta al amplificador modelo X (capacidad de potencia FTC 495 watts @ 8 ohms, Ganancia de Voltaje 83 X), un altavoz cuya capacidad de potencia AES/ANSI es 400 watts y cuya carga de impedancia es 8 ohms.

Paso 1: Calculo de la Máxima Capacidad de Voltaje del Altavoz Máxima Capacidad de Voltaje =

Como se puede apreciar la capacidad de potencia del altavoz es 95 watts menor a la capacidad de potencia del amplificador (capacidad de potencia del altavoz 400 watts, capacidad de potencia del amplificador 495 watts @ 8 ohms). Por lo tanto debemos limitar la Máxima Capacidad de Voltaje del amplificador de acuerdo a la Máxima Capacidad de Voltaje del Altavoz.

√ Capacidad de potencia del alt. x impedancia de carga Máxima Capacidad de Voltaje = √ 400watts x 8 ohms

Paso 1: Calculo de la Máxima Capacidad de Voltaje del Altavoz

Máxima Capacidad de Voltaje = 56.56 volts

Máxima Capacidad de Voltaje = √ Capacidad de potencia del alt. x impedancia de carga

Paso 2: Cálculo de la Sensibilidad de Entrada del Amplificador

Máxima Capacidad de Voltaje = √ 400watts x 8 ohms Máxima Capacidad de Voltaje = 56.56 volts

Sensibilidad de Entrada = Máxima Capacidad de Voltaje / Ganancia de Voltaje Sensibilidad de Entrada = 56.56 volts / 40 x

Paso 2: Cálculo de la Sensibilidad de Entrada del Amplificador

Sensibilidad de Entrada = 1.41 volts

Sensibilidad de Entrada =

Umbral de Limitación = 1.41 volts

Máxima Capacidad de Voltaje / Ganancia de Voltaje Sensibilidad de Entrada = 56.56 volts / 83 x

Nota: Cuando el amplificador W recibe 1.41 volts, su voltaje de salida es 56.56 volts, que con carga de 8 ohms equivale a 400 watts. Esto significa que para evitar exceder la capacidad del altavoz es imperativo que el amplificador no reciba más de 1.41 volts en su entrada.

Sensibilidad de Entrada = 0.68 volts

Por lo tanto cuando el procesador de los altavoces/ crossover digital envie 1.65 volts al amplificador de potencia, se enviara 66.33 volts al altavoz (66.33 volts = 550 watts @ 8 ohms). Por lo tanto debemos limitar el amplificador a 1.41 volts (1.41volts x 40 = 56.56 volts @ 8 ohms = 400 watts).

Nota: Cuando el amplificador X recibe 0.68 volts, su voltaje de salida es 56.56 volts, que con carga de 8 ohms equivale a 400 watts. Esto significa que para evitar exceder la capacidad del altavoz es imperativo que el amplificador no reciba más de 1.41 volts en su entrada.

En caso de que el procesador de los altavoces/crossover digital envie más de 1.41 volts al amplificador de potencia, entonces el amplificador de potencia producirá mayor voltaje de Salida (que se traduce en mayor potencia y mayor temperatura en la bobina del altavoz, lo que puede significar posible daño al altavoz). Derechos reservados Meyer Sound 2000

Umbral de Limitación = 0.68 volts

Por lo tanto cuando el procesador de los altavoces/ crossover digital envie 0.75 volts al amplificador de potencia, se enviara 62.92 volts al altavoz (62.92 volts = 495 watts @ 8 ohms). Por lo tanto debemos limitar el amplificador a 0.68 volts (0.68 volts x 83 = 56.56 volts @ 8 ohms = 400 watts).

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3.21

3.- Sist. convenc. y proces.

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En caso de que el procesador de los altavoces/crossover digital envie más de 0.68 volts al amplificador de potencia, entonces el amplificador de potencia producirá mayor voltaje de Salida (que se traduce en mayor potencia y mayor temperatura en la bobina del altavoz, lo que puede significar posible daño al altavoz). Si se desea proteger el altavoz entonces se debe ajustar el umbral del procesador de los altavoces/crossover digital a 0.68 volts (-1.13 dBu)

Control de nivel de los amplificadores En los ejemplos anteriores, el control de nivel (volumen) de los amplificadores se encontraba en la máxima posición (0 dB de atenuación). Si el control de nivel del amplificador se modifica, entonces la Sensibilidad de Entrada y la Ganancia de Voltaje cambiarán. Si el control de nivel del amplificador es disminuido entonces la Ganancia de Voltaje disminuye y la Sensibilidad de Entrada aumenta.

La ilustración 3.12 muestra un ejemplo de control de nivel de un amplificador de potencia. Se pueden observar las variaciones en la Ganancia de voltaje (en factor de multiplicación y en dB), y la sensibilidad de entrada en las distintas posiciones del control de nivel.

6d

B) 10

40 -12

2v

4v

(1

X(

dB)

32

(26

dB

)

20X

8X

-9

-6

-15

v

-4

-20

-3 -2 -30 -1 -∞ 0

1

atenuación

v X

80

input sensitivity

6

(3 )

dB

voltage gain

Ilustración 3.12 Control de nivel de un amplificador Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.22

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Acoplando la Capacidad de Potencia La capacidad de potencia AES/ANSI de un altavoz permite picos de corta duración 6 dB mayores a la capacidad continua. Esto significa que la capacidad de potencia durante picos puede puede tolerar incrementos de 4 veces la capacidad de potencia continua. Por ejemplo, si la capacidad de potencia continua es de 100 watts, entonces la capacidad de potencia durante un pico es de 400 watts.

Para un altavoz de 300 watts AES/ANSI se recomienda un amplificador de 600 watts FTC (bajo la impedancia de carga del altavoz).

Asimismo la capacidad de potencia continua FTC de un amplificador permite picos de casi 3 dB mayores a la capacidad conticua. Esto significa que el amplificador de potencia puede incrementar casi 2 veces su capacidad de potencia continua durante picos. Por ejemplo, si la capacidad de potencia continua es de 100 watts, entonces la capacidad de potencia durante un pico es de 200 watts. Entonces para que un amplificador de potencia puede proporcionar 400 watts en un pico, es necesario que su capacidad continua FTC sea de 200 watts. Lo que significa que para que un amplificador puede alcanzar la capacidad de potencia pico de un altavoz, es necesario que la capacidad de potencia continua FTC del amplificador sea el doble de la capacidad de potencia continua AES/ ANSI del altavoz.

Ejemplo J: La capacidad de potencia continua del altavoz es 300 watts AES/ANSI. Por lo tanto la capacidad de potencia durante un pico es 1200 watts (300 watts x 4) Para que un amplificador puede producir 1200 watts durante un pico es necesario que su capacidad de potencia continua FTC sea 600 watts (600 watts x 2). Para un altavoz de 300 watts AES/ANSI se recomienda un amplificador de 600 watts FTC (bajo la impedancia de carga del altavoz).

Ejemplo K: La capacidad de potencia continua del altavoz es 400 watts AES/ANSI. Por lo tanto la capacidad de potencia durante un pico es 1600 watts (400 watts x 4) Para que un amplificador puede producir 1600 watts durante un pico es necesario que su capacidad de potencia continua FTC sea 800 watts (800 watts x 2). Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.23

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Aspectos relacionados con la dinámica A continuación se describen los 4 controles básicos de un procesador de dinámica. Thereshold (umbral): Determina el nivel mínimo necesario para que el proceso de compresión se realice (al excederlo). Se puede indicar en voltaje o en alguna escala en dB (la más común es dBu). Ratio (Relación de compresión): Determina la cantidad de compresión que se aplicará cuando la señal de audio exceda el umbral. En su rotulación interviene una relación de 2 números (ej: 1:1, 2:1, 3:1, 10:1, etc). Por ejemplo:

Ejemplo L: La capacidad de potencia continua AES/ANSI de un altavoz es 300 watts. La impedancia de carga del altavoz es 8 ohms. Del dato anterior se desprende que la capacidad su potencia en picos es de 1200 watts. Para que un amplificador de potencia pueda alcanzar picos de 1200 watts es necesario que su capacidad de potencia continua FTC sea 600 watts.

1:1 No reduce señal.

Por lo tanto la capacidad de potencia del amplificador que seleccionaremos para el altavoz mencionado es 600 watts FTC @ 8 ohms.

2:1 Cuando la señal de audio exceda el umbral, el compresor solo dejará pasar la mitad de la señal (y reducirá la otra mitad)

La ganancia de voltaje indicada es 66X en este cao particular.

3:1 Cuando la señal de audio exceda el umbral, el compresor solo dejará pasar la tercera parte de la señal (y reducirá 2/3 partes)

Por lo tanto para ajustar el umbral de limitación se debe seleccionar entre la capacidad de potencia continua AES/ ANSI del altavoz (300 watts) y la capacidad de potencia continua FTC del amplificador FTC (600 watts).

10:1 Cuando la señal de audio exceda el umbral, el compresor solo dejará pasar la decima parte de la señal (y reducirá 9/10 partes)

opción A: ajuste del umbral a 300 watts

Infinito:1 El compresor se convierte en limitador

Máxima Capacidad de voltaje =

Attack (tiempo de ataque): Determina el tiempo necesario para que cuando la señal de audio exceda el umbral, la reducción (compresión o limitación) comience a realizarce. Su graduación es en tiempo (generalmente milésimas de segundo).

√ capacidad de potencia x impedancia de carga

Release (tiempo de liberación): Determina el tiempo necesario para que deje de realizarce la reducción (compresión) cuando la señal de audio deje de exceder el thereshold. Su graduación es en tiempo (generalmente segundos). En las peaginas 3.7 a la 3.10 se explica como obtener el umbral de limitación a partir de los datos de potencia (del altavoz y amplificador), impedancia de carga y Ganancia de Voltaje. Para poder limitar (y por lo tanto protejer nuestros altavoces) es necesario que el Ratio sea mayor a 10:1 (algunos procesadores de altavoces/crossovers digitales permiten modificar el valor del Ratio mientras que en otros el valor es fijo en infinito:1). El valor del Attack es muy importante. Para poder comprenderlo analizemos el siguiente ejemplo.

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Máxima Capacidad de voltaje = √ 300 watts x 8 ohms Máxima Capacidad de voltaje = 48.98 volts

Umbral de limitación = Máxima Capacidad de Voltaje / Ganancia de voltaje Umbral de limitación = 48.98 volts / 66 Umbral de limitación = 0.74 volts

opción B: ajuste del umbral a 600 watts Máxima Capacidad de voltaje = √ capacidad de potencia x impedancia de carga Máxima Capacidad de voltaje = √ 600 watts x 8 ohms Máxima Capacidad de voltaje = 69.28 volts

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3.24

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Guía para Self Powered ... Umbral de limitación = Máxima Capacidad de Voltaje / Ganancia de voltaje Umbral de limitación = 69.28 / 66 Umbral de limitación = 1.04 volts

Si seleccionamos como umbral de limitación la opción A, el amplificador nunca sobrepasará los 300 watts, por lo que perderemos 6 dB de dinámica. Si seleccionamos como umbral de limitación la opción B, el amplificador podrá sobrepasar 300 watts por períodos continuos de tiempo, por lo que el altavoz se dañará. Con la opción A se pierden 6 dB de dinámica, y con la opción B se puede dañar el altavoz. La mejor alternativa es seleccionar la opción A (umbral de limitación en 0.74 volts que equivale a 300 watts), aunque se pierdan 6 dB de dinámica.

El Attack resuelve este problema, debido a que determina el tiempo necesario para que el limitador se active.

Por ejemplo, si el valor del attack es 0.00 ms la señal nuncaz excederá 300 watts. Pero si el Attack es por ejemplo 100 ms entonces el limitador NO se activará con señales cuya duración sea menor a 100 ms (como por ejemplo un pico de corta duración), permitiendo mayor dinámica (pudiendo alcanzar los 1200 watts en una fracción de tiempo muy corta), asimismo se evitará que en períodos de tiempo prolongados se excedan los 300 watts.

¿De cuanto debe ser el valor de tiempo del attack? Eso depende de la rudeza con la que se pretenda trabajar el equipo. De cualquier forma se recomienda que los valores de tiempo del attack se encuentren entre 20 ms y 100 ms para permitir mayor dinámica y asimismo lograr protección.

En el caso del valor de release se recomienda que sea entre 5 y 10 veces el valor del attack.

Conclusiones Un crossover digital de nuestros días puede llegar a poseer las mismas funciones que un procesador especializado de altavoces (exceptuando los sistemas de Meyer Sound). Los crossovers digitales más complejos incluyen las siguientes características: Selección del tipo de Filtro (Bessel, Butterworth, Linkwitz Riley) Selección de la pendiente (6, 12, 18, 24 dB/octava, etc.) Ajuste de nivel entre vías Inversión de polaridad entre vías Delay entre vías Ecualización paramétrica por vía (Ganancia, Frecuencia, Ancho de Banda) Limitador por vía.

- Un analizador FFT de dos canales, de alta resolución (mayor de 1/16 de octava), que pueda medir fase. - Un sistema de medición de patrones polares, para evaluar la cobertura de la caja acústica (intentar optimizar la cobertura es un asunto altamente complejo). - Una cámara anecóica para poder realizar las mediciones en condiciones de laboratorio. - Personal capacitado en la operación e interpretación de las herramientas de medición. - $$$

De cualquier manera intentar optimizar un sistema convencional por medio de un crossover digital para poder obtener el rendimiento de un sistema procesado requiere cuando menos de:

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3.25

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Guía para Self Powered ... Procesamiento Meyer Sound

La diferencia entre el enfoque Meyer Sound, y el de todos los demás fabricantes de bocinas, es que Meyer Sound NO utiliza delay por vía. En lugar de esto utiliza un circuito corrector de fase por frecuencia (para poder lograr fase plana).

La ilustración 3.13 muestra un sistema optimizado con un crossover digital (Agudo de 3” + medio de 12”, con crossover digital BSS FDS-366).

Figura 3.13A sistema procesado optimizado

La ilustración 3.14 muestra un sistema Meyer Sound (UPA-1P ). Puede observarse lo plano de la fase desde 400 Hz hasta 16 Khz.

Figura 3.13B sistema Meyer Sound Derechos reservados Meyer Sound 2000

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3.26

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3.- Sist. convenc. y proces.

La ilustración 3.15 muestra la comparación de un sistema procesado de manera correcta y un sistema Meyer Sound.

Figura 3.13C sistema procesado optimizado (trazo verde) y sistema Meyer Sound (trazo azul)

Debe ser claro el motivo por el que las cajas acústica autoamplificadas nos evitan lidiar con tantos problemas de optimización. Podemos evitar enfrentarnos a los siguientes problemas: - Inversiones de polaridad (de transductores, amplificadores y crossovers) - Selección de puntos de corte, tipos de filtro y pendiente - Delay entre transductores (alineamiento de tiempo) - Optimización de la ecualización - Ajuste de los limitadores - Especificaciones de Potencia (FTC/Continuous/Program/Peak/AES/ANSI) - Sensitividad de transductores - Ganancia de Voltaje, y Sensitividad de Entrada de Amplificadores - Impedancia de los transductores

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3.27

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Guía para Self Powered ...

Las Cajas Acústicas Autoamplificadas de Meyer Sound incorporan: - Transductores de diseño especial de baja distorsión. - Difusores de trompeta de Beamwidth ultra plano, creados a partir de 1 año de investigaciones en nuestra cámara anecóica (utilizando mediciones con resolución angular de 1 grado y resolución de frecuencia de 1/36 de octava). - Filtros HPF y LPF con pendientes adecuadas para el comportamiento acústico de cada transductor. - Circuitos (all pass filter) para lograr fase plana (+- 30 grados desde 300 Hz hasta 16 Khz). - Ecualización optimizada para lograr respuesta de frecuencia plana. - Circuitos de Limitación de Potencia para protección de los transductores. - Circuitos de amplificación clase AB/H (620 watts FTC por canal en la serie STD, y 350 watts FTC en la serie ULTRA). - Selección Automática de voltaje de la alimentación eléctrica (No hay que preocuparse por alimentación 110 volts ó 220 volts). - Conectores de señal XLR macho y hembra (para poder distribuir señal a más cajas acústicas). - Indicadores de alimentación eléctrica y limitación.

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