Consideraciones sobre el diseño del transformador de adaptación de línea

Consideraciones sobre el diseño del transformador de adaptación de línea : Los sistemas de altavoces de tensión constante, como los primera parte puede construirse con una amplia variedad de diseños de altavoces, todos los cuales emplean transformadores de adaptación de línea para reducir la tensión en el altavoz. A continuación se muestran algunos ejemplos de diseños de altavoces utilizados en aplicaciones de audio distribuido.

Altavoces

Un ejemplo típico de altavoz utilizado en un hotel u otro edificio grande sería un altavoz de techo. Se trata simplemente de un altavoz diseñado para instalarse en el techo de la habitación o el pasillo.

Hay muchos altavoces diferentes diseñados para montar en paredes, para patios exteriores, para colgar de techos, etc. 

Otros ejemplos de diseños de altavoces

Altavoces para montaje en pared

Altavoces para montaje en techo

Empotrado en el techo

¿Qué es importante para un transformador de adaptación de línea?

Gama de frecuencias

El transformador debe poder pasar por todas las frecuencias sin atenuar ni distorsionar la señal de audio. 

El rango típico de frecuencias para audio es de 20 Hz a 20 kHz, y un método común para definir la respuesta en frecuencia de un transformador es especificar los puntos inferior y superior de 3 dB. Esto significa las frecuencias a las que el transformador sólo pasará 50% de la potencia, o -3 dB.

Si tomamos el ejemplo extremo de un “altavoz de bocina”, en el que la calidad del sonido suele ser muy mala, la respuesta en frecuencia típica del propio altavoz puede ser:

Como se muestra arriba, el nivel de presión sonora (SPL) máximo es de 110 dB, por lo que la línea naranja representa 3 dB por debajo de ese valor. Podemos ver que estos puntos de -3 dB dan un rango de frecuencia de alrededor de 1 kHz a 2,5 kHz solamente, por lo que este altavoz de bocina real no reproducirá todas las frecuencias de 20 Hz a 20 kHz de forma fiable, y el transformador necesario en este caso sólo necesitaría un ancho de banda estrecho similar, o una respuesta de frecuencia estrecha.

Para una transmisión de sonido de mayor calidad, los transformadores utilizados en cada extremo de la línea deben tener una buena respuesta en frecuencia. Una especificación típica para un transformador toroidal de adaptación de línea de alta calidad sería de 40 Hz a 15 kHz.

Para conseguir esta amplia gama de frecuencias, debemos tener en cuenta el rendimiento del transformador tanto a baja como a alta frecuencia.

Baja frecuencia

En el extremo de baja frecuencia, debemos diseñar el transformador para evitar la saturación a las frecuencias más bajas de uso y elegir unas dimensiones del núcleo adecuadas para la aplicación.

Alta frecuencia

En el extremo de alta frecuencia, debemos diseñar el transformador con una baja inductancia de fuga y una mayor capacitancia entre devanados. En la mayoría de los casos, los devanados de entrada y salida deben intercalarse en cierta medida para lograr esta inductancia de fuga más baja. Esto puede ser tan sencillo como dividir el devanado primario en dos mitades y “intercalar” el devanado secundario entre estas mitades, incluyendo el aislamiento necesario entre los circuitos de entrada y salida.

En lugar de bobinar el primario y el secundario como en un transformador de potencia de red típico, podemos bobinar la mitad del primario, aislarlo, luego el secundario, aislarlo de nuevo y luego la mitad restante del primario.

Esto significa una mejor respuesta de alta frecuencia, pero dependiendo de las especificaciones del cliente, puede ser necesario intercalar más:

• Prim : Sec : Prim
• Prim : Sec : Prim : Sec
• Prim : Sec : Prim : Sec : Prim
• Prim : Sec : Prim : Sec : Prim : Sec ....... Etc

Cálculos eléctricos: Vatios, Voltios, Amperios, Ohmios.

Tomando una simple especificación de transformador de adaptación de línea: 100 V, 100 W en 8 Ω o 4 Ω.

100 W a 8 Ω:

100 W a 4 Ω:

Por lo tanto, un simple transformador que coincidirá con la línea de 100 V a un altavoz de 4 Ω o un altavoz de 8 Ω, y entregar 100 W.

Como puede verse más arriba, los cálculos eléctricos son los mismos, independientemente de la respuesta en frecuencia requerida.

Un transformador de adaptación de línea de pequeño tamaño y bajo coste puede proporcionar las características eléctricas, pero si no se cumple la respuesta en frecuencia, o el ancho de banda, el transformador no pasará todas las frecuencias necesarias y el sonido del altavoz no será tan bueno como podría o debería ser.

Del mismo modo, un transformador de adaptación de línea toroidal de alta calidad con un ancho de banda muy amplio de 10 Hz a 30 kHz o más sería “demasiado bueno” para su uso en un sistema con altavoces de baja calidad de menor ancho de banda.

En los sistemas de distribución de audio de alta calidad, los transformadores de adaptación de línea suelen ser transformadores toroidales con un ancho de banda muy amplio. 

Una especificación “estándar” común consistiría en varias opciones de entrada y varias opciones de salida. Esto permitiría utilizar el mismo transformador en muchos lugares, con varias especificaciones de tensión de línea, como entradas de 70,7 V y 100 V, y varias salidas adecuadas para las impedancias comunes de los altavoces, como 2 Ω, 4 Ω y 8 Ω.

Otra variación común es tener varias derivaciones de potencia para la misma impedancia de altavoz. Por ejemplo, se puede utilizar un único transformador para adaptar un altavoz de 8 Ω a una línea de 100 V, con diferentes tomas para seleccionar entre 50 W, 100 W, 200 W, etc.

Conclusión

El diseño de un transformador de adaptación de línea para audio distribuido requiere encontrar un equilibrio entre múltiples factores para ofrecer una calidad suficiente a un coste razonable. 

Talema lleva diseñando y fabricando transformadores toroidales para esta aplicación desde 1975 y ha acumulado un gran caudal de conocimientos y experiencia en este campo. Nuestros ingenieros colaboran con nuestros clientes para desarrollar el mejor transformador toroidal de adaptación de línea para cada proyecto, teniendo en cuenta todos los factores relevantes.