Sistemi PA a 100 Volt

 




È una domanda che a volte genera confusione tra chi si occupa di sistemi di diffusione sonora.

Alcuni fra i più diffusi fraintendimenti sui sistemi di distribuzione audio a 100 Volt sono:

 

  1. Sulla linea ci sono 100 Volt costanti, in qualsiasi istante.

  2. I 100 Volt sono relativi ad una “portante”, su cui viaggia il segnale audio.

  3. É possibile misurare, per mezzo di un voltmetro, i 100 Volt sulla linea durante il funzionamento del sistema.

 

 Vi sono poi altre cose poco chiare, per esempio la possibilità o meno di misurare l’impedenza della linea per mezzo di un comune multimetro, commutato sulla misura di resistenza.

 Illustriamo brevemente i concetti relativi a questo sistema di distribuzione.

 L’interfaccia a Tensione Costante

 La confusione è in parte dovuta alla terminologia usata per descrivere il tipo di distribuzione del segnale. Quello di cui stiamo parlando è un sistema a tensione costante: che cosa significa?

In questo tipo di sistema, la tensione in uscita da un dispositivo (per esempio l’amplificatore), non dipende, se non in misura trascurabile, dal valore dell’impedenza di carico.

Qualunque sia il valore della tensione, e indipendentemente dal tipo di segnale (sinusoidale, onda quadra, rumore rosa, musica), esso non è influenzato dalle variazioni di carico.

In altre parole, non importa se l’amplificatore sta pilotando un altoparlante, oppure dieci, oppure venti, la tensione sulla linea resta in pratica invariata. Tutto questo vale ovviamente in teoria, perché nella pratica, se l’impedenza di carico scende sotto un certo valore, l’amplificatore non lavora correttamente, e non solo la tensione non si mantiene più costante, ma possono subentrare problemi relativi alla qualità del segnale, per esempio la distorsione, e di affidabilità dell’amplificatore.

Virtualmente tutte le interfacce in un sistema audio sono a tensione costante, non solo quella fra amplificatore e linea + altoparlanti, ma anche, per esempio, quella fra sorgente audio e amplificatore. Si pensi all’interfaccia fra l’uscita di un lettore CD e l’ingresso dell’amplificatore. La tensione in uscita al lettore CD in pratica non varia se colleghiamo l’ingresso di uno o dieci amplificatori.

Il principio

La figura 1 mostra come un amplificatore, di potenza tipica pari a 100 Watt, possa essere interfacciato con un altoparlante.

L’altoparlante è rappresentato per semplicità con una resistenza di valore fisso.

L’impedenza d’uscita molto bassa dell’amplificatore pilota l’impedenza più elevata dell’altoparlante. Questa è un’interfaccia a tensione costante, perché la tensione ai morsetti d’uscita dell’amplificatore non dipende, se non in misura molto contenuta, dal fatto che esso sia collegato o meno all’altoparlante.

 

 

Il problema connesso a questo tipo di sistema risiede nel basso valore complessivo d’impedenza del circuito (amplificatore + altoparlante), quindi la resistenza dei cavi di collegamento può alterare in modo significativo il trasferimento di segnale fra amplificatore e altoparlante.

Un sistema come quello di figura 1 può andare bene solo nei casi in cui vi siano pochi altoparlanti, e la lunghezza dei cavi di collegamento non superi una certa lunghezza, fissata che sia la sezione dei cavi stessi. Ricordiamo, infatti, che la resistenza elettrica di un cavo è direttamente proporzionale alla lunghezza e inversamente proporzionale alla sezione.

 Una soluzione dalla società di distribuzione dell’energia elettrica

Una società che distribuisce l’energia elettrica ha più o meno lo stesso problema, in altre parole, fornire tensione a numerosi carichi (le nostre case), riducendo l’effetto dei cavi, effetto che si traduce in pratica in dispersione d’energia. L’energia dispersa in calore per effetto Joule, a causa della resistenza dei cavi, è pari al prodotto della resistenza stessa per il quadrato della corrente, quindi l’obiettivo primario è quello di ridurre, a parità di potenza trasportata, la corrente nel circuito.

Il metodo utilizzato per distribuire l’energia consiste nel prelevare potenza dai generatori (gli alternatori che si trovano nelle centrali), ed alzare il valore della tensione, riducendo di conseguenza la corrente.

 

 

L’innalzamento della tensione si opera con trasformatori elevatori (step-up); il conseguente abbassamento della corrente consente l’impiego di cavi di sezione inferiore.

Dal lato utente, la tensione è abbassata con trasformatori riduttori (step-down), essi, oltre a ridurre la tensione ad un valore compatibile con gli utilizzatori domestici, hanno anche l’effetto di incrementare l’impedenza “vista” dalla linea di distribuzione. Tutto questo consente il collegamento di molti utilizzatori, senza caricare eccessivamente i generatori.

Si ottengono sostanzialmente due effetti:

  1. Si riducono le perdite di potenza nei cavi a parità di potenza trasferita.

  2. Aumenta il numero di carichi collegabili a parità di utenze.

 

 

 

Alla luce di quanto esposto, esaminando il sistema di distribuzione audio con trasformatori (figura 2 e figura 3), una terminologia più corretta, rispetto a sistema a “tensione costante”, sarebbe sistema ad “alta tensione”, oppure ad “alta impedenza”, in accordo con i livelli del segnale e il valore dell’impedenza. Il termine “tensione costante” è corretto, ma può dare luogo ad ambiguità.

 Che cosa s’intende per 100 Volt

 Il valore di 100 Volt è riferito alla tensione che si misurerebbe sulla linea se il segnale fosse stazionario, per esempio sinusoidale, a piena potenza.

In un impianto d’amplificazione il segnale che si trova sulla linea non è stazionario (solitamente non si diffonde segnale sinusoidale, se non, eventualmente e per breve tempo, durante una fase di test), quindi il valore medio della tensione varia istante per istante.

Volendo fare un calcolo per arrivare ad un valore tipico di tensione sulla linea a 100 Volt, si può considerare il valore di picco della tensione:

                                                                                           Vp = 100Vrms + 3dB = 140 Vpicco

 Ai 140 Volt di picco va sottratto il valore tipico del fattore di cresta del segnale audio, pari a circa 10 dB.

Si arriva quindi al valore efficace della tensione di linea:

                                                                                            V = 140Vpicco – 10 dB = 42 Vrms

I concetti e i calcoli sopra esposti si possono estendere a sistemi funzionanti con valori standard di tensione differenti per esempio le linee a 70.7 Volt, valore adottato nel mercato nordamericano.

Nel caso di linee a 70.7 Volt, il valore tipico di tensione sulla linea è pari a circa 30 Vrms.

Alcuni chiarimenti

 Concludiamo la trattazione riassumendo alcuni concetti relativi alle linee audio funzionanti a 100 Volt e relativi “misunderstanding”.




 

  1. 100 Volt è il valore efficace (rms) del segnale più ampio possibile di segnale sinusoidale applicato alla linea. Un tipico programma audio comporta un valore efficace molto inferiore.

     

  2. Esistono altri valori standard, per esempio 25 Volt, 50 Volt, 70.7 Volt, quest’ultimo è tipico del mercato americano.

  1. Se consideriamo costanti i valori di tensione e impedenza (in realtà non lo sono), il trasferimento di segnale può essere descritto usando la potenza anziché la tensione; questo può facilitare la valutazione del carico dell’amplificatore.

  1. Lo schema di distribuzione può essere descritto utilizzando rappresentazioni in potenza, tensione o impedenza, così come nelle figure 1, 2 e 3.

La misura dell’impedenza della linea è la valutazione che consente di quantificare ciò che l’amplificatore effettivamente “vede” ai suoi morsetti d’uscita, includendo l’effetto d’ altoparlanti, trasformatori e cavi.

 

Luca Comi
NRG30 Network

 

 

 

 

 

 

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