Menu

lupa    Login

Etapas de potencia

  • Publicado en Didáctica directo

Índice del artículo

A este eslabón de la cadena de audio es al que menos atención le prestamos pero, sin embargo, no deja de ser de los más importantes. La etapa de potencia es la que transmite la energía necesaria a los altavoces para producir un sonido audible. Se encuentra situada, en la cadena de audio, entre las fuentes (micros), los previos (mesa de mezcla) y los altavoces. La señal proveniente de las distintas fuentes de audio es del orden de unos milivoltios, e irán pasando por los distintos eslabones hasta llegar a la decenas de voltios que son necesarios para mover las membranas de los altavoces.

Hasta hace poco, las etapas de potencia eran físicamente enormes y pesadas, con dos entradas y dos salidas. Hoy día esto ha evolucionado mucho, integrando multitud de opciones y conexiones en tamaños reducidos y ligeros.

Escalas en decibelios
Relaciones logarítmicas entre unidades:
En intensidad, el logaritmo de la relación entre la intensidad de salida y la de entrada se multiplica por diez: I= 10log I/Io
Lo mismo ocurre con la potencia: P= 10logP/Po
Niveles de presión sonora, ésta se multiplica por 20: SPL=20logD/Do
 
Valores referencia relación / decibelios según unidad
0 dBm = 0.001 watt (1 miliwatt) 
 dBm = 10 x log(potencia / 0.001)
 0 dBW = 1 watt
 dBW = 10 x log(potencia / 1)
0 dBu = 0.775 volts
dBu= 20 x log(voltaje / 0.775)
0 dBv = 1 volt
dBv = 20 x log(voltaje / 1)
0 dBSPL = 0.000,2 Dynas / cm2
dBSPL = 20 x log(Presión / 0.000,2)dBSPL

 

Etapas Crown

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LAS ETAPAS DE POTENCIA

Sensibilidad de entrada
Ésta es la tensión necesaria en la entrada para que la etapa pueda dar su potencia nominal. Generalmente, esta sensibilidad está entre 3 y 6 dB, es decir, entre 1 y 1,5V, lo que corresponde a la mayoría de mesas de mezclas profesionales, 0dB = 4dBu.

Tenemos que estar muy atentos, ya que en algunas ocasiones estos valores se pueden dar en dBV o en dBu. Ya sabemos, según las tablas que hemos visto más arriba, que 0dBu son 0,775V y que 0dBV es 1V, luego 3dBu=1,09V, mientras que en el caso de 3dBV será 1,41V.

Los sistemas procesados, es decir aquellos que cuentan con el eslabón de procesamiento de la señal (limitadores, filtros, ecualización…), suelen funcionar con una ganancia más elevada, alrededor de 3,5V, por lo que la ganancia de amplificación es de 26dB.

Las etapas de potencia de nuestros equipos hi-fi de casa suelen tener una sensibilidad de -10dBu, o sea 0,25V o de 0dBu, 0,775V. Esto quiere decir que estas etapas alcanzarán su potencia nominal mucho antes, pero también que van a saturar mucho antes (por ejemplo conectando una mesa de mezclas profesional) y, por lo tanto, tendremos bastantes posibilidades de que nuestros altavoces no aguanten mucho tiempo esas distorsiones ocasionadas.

Amplificadores profesionales, como los de la marca norteamericana CROWN, por ejemplo, suelen disponer de las tres posibilidades para poder adaptar así la etapa de potencia al sistema. Casi la totalidad de las etapas tienen una sensibilidad de 4dBu.

Ganancia de amplificación
Otro elemento que no todo el mundo entiende de la misma manera es el control de volumen y que, además, suelen tener indicaciones de lo más confusas; nos hemos encontrado desde indicaciones que van de 0 a 10, 0 a 100 o de -60 a +4, ¡incluso de +18 a 0!. Como suele ocurrir, los fabricantes no se ponen de acuerdo a la hora de rotular los valores adecuados en los equipos.

Este potenciómetro, que nos podemos encontrar en la parte delantera o trasera de una etapa de potencia, no es un simple control de volumen, sino un control de ganancia de entrada, por lo que la posición adecuada de éste es al máximo.

La mayoría de amplificadores tienen una ganancia de amplificación de 32dB, lo que significa que si le entregamos 4dBu en su entrada, tendremos 36dBu en la salida. Si esto lo hablamos en términos de tensión, al introducir 1V en la entrada tendremos 40V en la salida; pero cuidado, no quiere decir que si le metemos 21V, o sea 28dBu, en la entrada obtendremos 60dBu, lo que sí obtendremos es la activación de los elementos de seguridad de la etapa o su destrozo. Está claro que los componentes electrónicos no soportarían trabajar a estos valores. Por lo tanto, cualquier etapa de potencia es capaz de entregar algo más que su potencia nominal al aumentar la tensión de entrada.

De esta forma, si la salida nominal de nuestra mesa de mezclas y la entrada de nuestra etapa de potencia son equivalentes, al posicionar nuestra salida master al máximo todo estará correcto, siempre y cuando la potencia de nuestra etapa corresponda a la potencia que nuestras cajas acústicas sean capaces de soportar y que el nivel en mesa sea de 0dB.

etapas labgruppen

Impedancia
Hoy día las etapas de potencia aceptan una carga nominal de 4 ohmios, aunque algunas marcas son capaces de bajar hasta 2 ohmios ¡y menos! O sea, niveles altos de tensión.

Siempre tendremos que respetar estas indicaciones del fabricante, ya que si conectamos dos altavoces de 4 ohmios en paralelo la etapa de potencia nos entregará 2 ohmios, esforzándose así en suministrar esa gran demanda de energía, calentándose y saltando las protecciones. Recordemos que la impedancia de las cajas acústicas deberá ser siempre superior o igual a la impedancia mínima de la etapa.

Recordemos que la fórmula exacta para calcular la impedancia es la siguiente:

  • Altavoces en paralelo: Impedancia total es la resultante de dividir la impedancia de cada caja entre el número total de ellas.
  • Altavoces en serie: Impedancia total es la resultante de sumar las impedancias de cada caja.

 

Relación señal ruido
Este dato indica el ruido residual producido por los componentes electrónicos, este debe tener al menos 100dB.

Distorsión armónica
THD (Total Harmonic Distortion): Indica la distorsión existente en la salida con respecto a la entrada y se obtiene dividiendo la suma de frecuencias que aparecen en la señal de salida entre la señal de entrada: THD = f1+f2+...fn / fo


 

Factor damping
La etapa de potencia envía una tensión a los altavoces, pero estos, por inducción, producen también una contra-corriente que es reenviada a la etapa. El factor DAMPING indica la tasa de barrera frente a esta contra-corriente, lo que nos dará, cuanto mayor sea este factor, una mayor dinámica. En etapas de gama baja suele estar alrededor de 100 ó 200. ¡En otros de gama alta suele sobrepasar 1.000!

Slew rate
Llamado también tiempo de subida, es la capacidad de la etapa de potencia en reaccionar para señales complejas, este tiempo no debería de sobrepasar los diez µsec.
Este valor suele venir indicado en V/µsec, lo que nos da una idea de cómo reacciona la etapa, generalmente entre 20 y 60 µsec.

Modos de funcionamiento
Las etapas de potencia pueden funcionar de diferentes maneras:

  • Estéreo: Este es el modo de funcionamiento normal, donde tenemos dos entradas y dos salidas, controles y, a veces, dos alimentaciones, todos ellos independientes.
  • Paralelo: Donde la señal llegará por una sola de las entradas, pero saldrá por las dos salidas con controles de niveles separados. Generalmente, se suele conectar la entrada de la izquierda; con lo que una señal mono saldrá por las dos salidas.
  • Puente-Mono: Este modo de funcionamiento es algo más complicado, es decir, que utiliza los dos módulos de amplificación para conseguir una sola etapa mono.

Digamos que los dos módulos de entrada funcionan a la vez amplificando la totalidad de la señal, aunque la señal en la entrada 2 tendrá la polaridad invertida; así, en cuanto a la conexión de las cajas acústicas, tendremos que realizarla en las bornas rojas (+) ignorando las negras (-); es muy importante saber que la borna roja del canal 1 es el positivo, mientras que la borna roja del canal 2 es el negativo, así que ni las bornas negras ni el control de volumen del canal 2 nos servirán.

De esta forma, la carga mínima de impedancia es el doble con respecto al modo estéreo. Así, una etapa de potencia de 2 x 400W en 4 ohmios nos entregará ¡800w en 8 ohmios!

Etapas QSC

NUEVAS TECNOLOGÍAS APLICADAS A LAS ETAPAS DE POTENCIA

Procesado de señal
Siempre es conveniente separar señales antes de atacar las etapas de potencia, pero no sólo eso, sino también tratar estas señales. Para ello, hasta hace poco, se empleaban crossovers analógicos; pero estos son insuficientes para procesar la señal de los equipos de sonido actuales y controlar la gestión y distribución del sonido en instalaciones cada vez más complejas.

Por ello, en el último año hemos visto aparecer numerosos procesadores digitales de altavoces, hasta tal punto que antes sólo hacían estos procesadores los fabricantes de cajas acústicas y alguno de procesadores de dinámica; pero en la actualidad prácticamente la totalidad de las marcas nacionales e internacionales de cualquier gama tienen sus propios procesadores. Los fabricantes de etapas de potencia se han unido al procesado de la señal, integrando este dentro de las etapas y permitiendo su acceso vía cables RJ, USB…

Además de poder conectarnos con un ordenador y escoger el tipo de filtro, realizar una corrección de ecualización de la señal con los ecualizadores paramétricos, proteger las cajas acústicas configurando limitadores, invertir polaridad, aumentar o atenuar señales… también, en algunos modelos, como en el caso de YAMAHA, podemos conectar las etapas de potencia en red COBRANET con un simple conector RJ45; en el caso de otros modelos lo haremos en Ethersound…

Etapas digitales
Otro gran avance en las etapas de potencia es la sustitución, por muchos fabricantes, de los enormes y pesados transformadores por fuentes de alimentación de fuente conmutada. Algunos de los pioneros han sido marcas como CHEVIN o LAB GRUPPEN. Por ejemplo este último, en sus etapas de potencia, ha conseguido llegar a 13.000W en modo puente a 4 ohmios con el modelo FP13000. ¡Y todo esto con un peso total de sólo 12Kg!

En este tipo de alimentación la corriente es recortada en secciones pequeñas, muestreo y, posteriormente, digitalizado. Así todo el procesado se hace en el ámbito digital para, finalmente, restituir la corriente secundaria en analógico. Este procedimiento entrega una corriente muy exacta y estable, independiente de las variaciones de la corriente de la fuente y disminuyendo el peso y tamaño de la etapa, como hemos comentado anteriormente.

Conclusión
Aunque cada vez estén más de moda las cajas acústicas autoamplificadas, la experiencia y profesionalidad de fabricantes de etapas de potencia como CROWN, LAB GRUPPEN o QSC es muy a tener en cuenta a la hora de configurar o adquirir etapas para nuestro sistema de sonido.

En cuanto a la potencia, una etapa sólo multiplica la ganancia de entrada por un factor de multiplicación determinado, para obtener una ganancia de salida amplificada, siempre dentro de los límites de los componentes electrónicos.

O sea que si una etapa está diseñada para entregar 200W, será capaz de entregar el doble sin problemas, e incluso varias veces la potencia nominal.

Esto es posible ya que la potencia de la etapa está definida por tres valores: Sensibilidad de entrada, ganancia de amplificación e impedancia.

En nuestro caso, si la etapa entrega 200w a 8 ohmios, entonces con 3dBV en su entrada y una carga de 8 ohmios en su salida, la etapa entregará su potencia nominal de 200W; si ahora aumentamos la ganancia de entrada de 3dB, la etapa de potencia entregará casi el doble, o sea 400W, ésta será la potencia de pico. Imaginen qué ocurriría si la carga en la salida baja a 4 ohmios; por lo tanto debemos estar atentos a los leds de limitación o clipping de nuestra señal.

Mantener una buena estructura de ganancia, como explicamos en un artículo anterior, es el secreto de tener una buena relación señal ruido, reserva dinámica y protección, o sea un funcionamiento correcto de nuestro sistema.

Siempre es aconsejable que la potencia de una etapa sea ligeramente superior a la de nuestras cajas acústicas, un 20% está bien, pero no sobrepasar 1,5 veces el valor de etapa con respecto al altavoz.

Por ultimo, debemos tener en cuenta la temperatura de las etapas de potencia, ya que sus componentes electrónicos no funcionan de la misma forma; así un transistor que se calienta entregará menos temperatura que cuando esté a temperatura ambiente.

Por ello, y debido a ese sobrecalentamiento, algunas etapas funcionan muy bien al principio de un concierto pero, al llegar a temperaturas altas, el sonido nos parece menos potente, las bajas frecuencias con menos pegada y algunos agudos muy saturados.

Así que tenemos que tomar siempre las precauciones para que estén en lugar bien ventilado y no cubrir nunca sus conductos de aire.

 

¿Todavía no tienes una cuenta? ¡Regístrate ahora!

Acceder a tu cuenta

Qué quieres ver?

Elige tu red preferida.