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Sobrecalentamiento en transductores-Parte 4

Si los altavoces se calientan en función de la frecuencia, y los limitadores solamente tienen en cuenta el nivel RMS de la señal. ¿Qué podría hacerse para solucionar este problema?

Con esta incógnita concluyó el post anterior, en este capítulo abordaremos cómo solucionarlo.

Cómo vimos, la curva de impedancia de los parlantes y drivers tiene una influencia sorprendente en el desempeño térmico (Sobrecalentamiento en transductores-Parte 2) y varían con la construcción de cada modelo particular. Recordemos que, en líneas generales, la potencia depende del nivel de la señal y de la impedancia del transductor.

Formula 1. Cálculo de potencia: potencia eléctrica (P); Tensión eléctrica (V); Corriente eléctrica (I); impedancia eléctrica (Z)

Volvemos entonces a la pregunta inicial: ¿Cómo podría diseñarse un sistema que contemple todos estos factores problemáticos de manera tal que garantice una buena protección del equipo con el mayor rendimiento?

Tomemos como ejemplo el driver de alta frecuencia del gabinete STS línea V15i. Lo que se acostumbra a hacer es tomar la impedancia nominal del componente, en este caso 16 Ohms, y conociendo la potencia máxima, en este caso 160 W de nivel de potencia continuo se calcula la tensión máxima, con esto se ajusta el umbral. No es un mal punto de partida. Sin embargo, para una buena parte del rango de uso del driver, la impedancia es bastante más baja que el valor nominal, como puede observarse en la figura 1.

Figura 1. Curva de impedancia Driver V15i.

Arriba podemos ver que hay algunos picos en la curva de impedancia. Eso es normal. Todo lo que está por debajo de 700 Hz no nos es de interés en este momento dado que queda fuera del crossover de la vía. Podemos observar que de 4000 Hz hasta aproximadamente 8000 Hz la impedancia es relativamente plana. Alrededor de 12 Ohms. En cambio, los dos picos que vemos de 1000 Hz a 2000 Hz tienen una impedancia mucho más alta, incluso más del doble. Esto va a tener como resultado que haya una diferencia de potencia, a grandes rasgos, entre esas dos secciones, siendo más alta la del rango superior. Habiendo ajustado el umbral del limitador para un valor intermedio entre ambas secciones (el valor nominal), el procesador estaría actuando de más cuando solamente haya contenido de 1 kHz a 2kHz y estaría actuando de menos de 2 kHz en adelante. Como ya vimos, las diferencias de este tipo pueden resultar en grandes cambios de temperatura inesperados. Por lo que esta configuración corre el riesgo de exponer el driver a niveles potencialmente peligrosos.

¿Y si quisiéramos asegurar una mejor protección del sistema?

Teniendo la curva de impedancia podemos ajustar el umbral para el rango más vulnerable (en este caso por encima de 2 kHz). Sin embargo, para las zonas menos vulnerables el limitador también va a estar actuando, podría decirse de manera excesiva, dado que la potencia va a ser mucho menor en ese caso. Se estaría desaprovechando su máximo potencial.

¿Cómo podría obtenerse una buena protección para el equipo con un mayor rendimiento?

Figura 2. Esquema de un limitador sin side-chain vs uno con side-chain.

En ese caso sería necesario que el limitador tuviese un umbral más bajo para la zona vulnerable y un umbral más alto para la zona menos vulnerable. La técnica consiste en ecualizar el umbral. La forma de hacer esto es utilizar un limitador que tenga side-chain. En el caso de los limitadores, el side-chain es una entrada adicional que permite tomar una señal externa en la detección del umbral. Como se observa en la parte inferior de la figura 2, se puede duplicar la señal que entra al limitador y pasarla por un ecualizador que compense las diferencias mencionadas más arriba.

Esto no modifica la señal original de ninguna manera dado que no se está ecualizando la señal sino la copia. Podría decirse que esto da como resultado un limitador cuyo umbral es selectivo en frecuencia.

A modo de ejemplo veamos qué sucede comúnmente con un limitador sin side-chain. En la siguiente animación tenemos dos analizadores de espectro. El de la izquierda muestra la señal antes de pasar por el limitador y el de la derecha después de este. La línea horizontal celeste indica el nivel al que se encuentra el umbral del limitador. La señal utilizada es ruido rosa.

Puede observarse que, aunque el nivel de entrada supere ampliamente el nivel del umbral, la salida se mantiene siempre por debajo. Esto se ve reflejado, a la izquierda, en la barra de reducción de ganancia (barra roja). Al lado, se encuentra el medidor de nivel de salida del limitador que nunca supera los -30 dB (nivel del umbral). En la próxima animación se muestra lo qué sucede si cambia el contenido espectral de la señal entrante, ya sea por un cambio de instrumentación (en el caso de material musical) o, como en este caso, por aplicar ecualización.

Pueden observarse tres cosas:

  • La respuesta de la salida coincide con la ecualización de entrada.
  • La limitación es proporcional al incremento de ecualización independientemente de las frecuencias afectadas.
  • La zona ecualizada positivamente supera la línea del umbral.

Veamos entonces qué pasa al usar la entrada por side-chain. En la próxima animación se encuentra entre los dos gráficos anteriores y ya tiene ecualización (cada banda indicada con los números 1, 2 y 3). Esta ecualización compensaría las diferencias de potencia del driver mencionado anteriormente, por lo que las zonas levantadas en el side-chain serán las más limitadas y vice versa.

  • La ecualización de entrada también se ve reflejada en la salida como antes
  • La limitación es mayor o menor dependiendo de la frecuencia.
  • La zona vulnerable arriba de 2 kHz nunca supera el umbral, por lo que no corre peligro. Es posible superar el umbral para el resto del espectro.

El resultado es un sistema mucho más protegido sin que esto sacrifique rendimiento. Más adelante compartiremos mediciones y experiencias empíricas para mostrar el impacto que tiene esta técnica en el desempeño térmico de un gabinete real.

Lic. Lucas Landini

Departamento de Ingeniería – Equaphon


Si te interesó el tema y querés leerlo desde el principio podés arrancar por Sobrecalentamiento en transductores-Parte 1

Lucas Landini

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