Curso de Som Automotivo

Programa, o que você irá aprender: SLEW RATE ALTO-FALANTES REATIVOS E OS AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA O SOM NO AUTOMÓVEL A FORMAÇÃO DE UM BOM CONJUNTO DE AUDIO SONOFLETORES CAIXAS ACÚSTICAS CONSTRUÇÃO DE DIVISORES DE FREQUÊNCIA [ad#quadrado-336x280] Imagem estereofônica A imagem esterofônica consiste na sensação espacial do som, permitindo ao ouvinte localizar todos os instrumentos e vozes no espaço tridimensional. É através da imagem estereofônica que recriamos, no ambiente de audição, a sensação plena de estarmos participando de uma audição ao vivo. A percepção da imagem estereofônica, que é a "visualização" auditiva da disposição das fontes sonoras no espaço, depende da capacidade que nossos ouvidos têm de reconhecer de onde está vindo determinado som. Isto é possível graças ao efeito binaural, ou seja, a audição com dois ouvidos. O fato do som não chegar simultaneamente aos dois ouvidos, nos permite localizar no espaço a fonte sonora mesmo quando não a estamos vendo. A obtenção de uma imagem estereofônica perfeita, através do emprego de alto-falantes adequados bem como do seu correto posicionamento dentro do veículo, permite vivenciar uma emocionante experiência sonora. Não mais nos limitaremos a ouvir os sons, porém passaremos a "vê-los" como se estivéssemos ouvindo a gravação ao vivo. [ad#quadrado-336x280] Estresse x música Sistemas com distorção, excesso de ruídos e falta de linearidade nas frequências causa fadiga auditiva podendo aumentar mais ainda o estresse do trânsito. Palavras da musicoterapeuta Maristela Smith: " Quanto melhor a qualidade do som, melhor a interação com a música. Um sistema de áudio que dá ao usuário a sensação de que se está diante de um concerto ao vivo é um belo passo para quem quer evitar o estresse." "Não basta ouvir, é preciso escutar a música." "Qualquer tipo de música pode combater o estresse do trânsito, do Heavy metal ao clássico" - cada um tem sua individualidade musica l. Como escolher seus aparelhos na hora da compra - Geradores (Toca-fitas, CD-Players...) Verifique sua resposta de frequência, ela deve ser a mais plana possível entre 20Hz e 20.000Hz, isto é, deve amplificar a música com o mesmo ganho em toda a faixa de frequência audível; Verifique sua potência RMS, contínua a 4 Ohms com baixa distorção; Verifique sua distorção harmônica (THD), distorção acima de 1% pode causar fadiga; Toca-fitas: Funções como procura por início de música, Dolby B, alto reverse e controle remoto são muito práticas. Verifique a tensão de saída dos conectores RCA, quanto maior a tensão, mais imune a ruídos vai ser seu sistema, dê preferência aos aparelhos que forneçam 2Volts ou mais nas saídas RCA; Atenção: A linha Pioneer anterior a 99 (bem como outras marcas) possui cerca de 17 W RMS em 4 Ohms, 50 a 15.000Hz com distorção abaixo de 5% THD. 35 W RMS é a potência máxima com distorção maior que 5%. !!! A nova linha Pioneer 99 com circuitos MOSFET fornece 27W RMS e 45W máximos; THD THD é a distorção causada pela ocorrência espontânea de harmônicos adicionais não desejados durante a amplificação. Essa distorção poderá ser notada pelo ouvido, afetando o som produzido, deixando-o menos natural. A distorção não pode ser totalmente suprimida, já que é um fator próprio dos circuitos elétricos de processamento de sinais. Esse fenômeno indesejável pode ser mantido em níveis mínimos nos sitemas de som que são projetados com qualidade. [ad#quadrado-336x280] SLEW RATE - UMA ESPECIFICAÇÃO FUNDAMENTAL SOBRE A NECESSIDADE DE INTRODUZIR UMA NOVA ESPECIFICAÇÃO - Slew-rate, ou taxa de variação, é uma especificação das mais importantes em amplificadores e em qualquer circuito de áudio, tais como processadores, mesas de som, etc., porém em amplificadores sua importância é maior, devido às altas amplitudes geradas. A não observância de um valor mínimo de slew-rate pode ocasionar distorções bastante desagradáveis. - O termo slew-rate originou-se da teoria dos amplificadores operacionais[3], assim que tornou-se clara a necessidade de conhecer a rapidez com que estes circuitos poderiam lidar com os sinais elétricos de grande amplitude. - Nos dias atuais surgiu uma certa controvérsia, entre autores, quanto ao uso do termo "slew-rate"; alguns[5] sugerindo que fosse substituído pela quantidade, de fato mais direta, "slew-limit". Mas como "slew-rate" já se encontra bem difundido e para evitar possíveis confusões, omitiremos a quantidade "slew-limit" em favor da mais conhecida "slew-rate". - Em nossa descrição, faremos uso de ferramentas matemáticas tão simples quanto possíveis[1]. - Para um leitor mais apressado ou não interessado nestas definições, sugiro ir direto ao tópico 3 FUNDAMENTOS ACERCA DA TAXA DE VARIAÇÃO - Antes de qualquer coisa é necessário entender o que significa taxa de variação no seu sentido matemático. Trata-se de um conceito simples mas importante, que faz parte do nosso dia-a-dia. Como exemplo, devemos considerar que a velocidade de um automóvel é expressa como uma taxa de variação, tal como v = 100km/h Ela significa que a cada hora o automóvel varia 100km em sua posição. Uma forma mais elucidativa é a interpretação geométrica. Podemos assim dizer que o espaço s (distância percorrida neste caso) varia como uma função do tempo t, neste caso 100km a cada 1h. E podemos expressar por v = ∆S/∆T , onde ∆ significa variação Diz-se que a velocidade é a taxa de variação temporal do espaço, ou a taxa de variação do espaço com respeito ao tempo. Pode ainda ser pensada como a inclinação exibida pelo gráfico espaço-tempo. No caso deste exemplo, tudo é muito simples, pois que a função é linear, ou seja, o gráfico é uma reta, assim basta substituir v = (vfinal - vinicial)/(tfinal - tinicial) = 100km/1h = 100km/h O que conduz ao resultado familiar de 100km/h, uma taxa claramente constante ao longo do tempo. Lembre-se que a função é linear, ou seja, seu gráfico é uma reta. Podemos estender o mesmo raciocínio para sinais elétricos. Vamos assim supor um sinal de teste do tipo senoidal, ou aproximadamente, um tom de flauta doce, examinado ao osciloscópio. A imagem que vemos no osciloscópio é nada mais do que a representação temporal da tensão (ou seja um gráfico tensão-tempo). Vemos que ela varia sinusoidalmente ao longo do tempo, e podemos provar que ela é exatamente uma função do tipo seno/cosseno, ou uma combinação linear de funções desse tipo. Mas, o mais importante agora é perceber que sua taxa de variação não é mais linear, mas varia de ponto a ponto, ao longo do tempo, e isso nos impede de utilizar (1.1) a fim de calculá-la - Porém, lançando mão de ferramentas matemáticas poderosas, como o cálculo diferencial[1], podemos fazê-lo com muita facilidade. Veremos o processo. Consideremos um trecho do gráfico. Estamos interessados em conhecer a taxa de variação em um único ponto. O gráfico não é uma reta, assim como medir a inclinação de algo que é, essencialmente, curvo? A técnica consiste em se traçar uma reta que toca o gráfico num único ponto, o ponto que estamos interessados. A essa reta dá-se o nome de reta tangente ao gráfico no ponto em questão. A inclinação desta reta tangente pode ser então calculada da maneira usual, fornecendo assim, a taxa de variação instantânea da curva, num dado ponto. Observe que não é mais possível falar em taxa de variação apenas, mas em taxa de variação instantânea, pois que para cada ponto da função teremos um valor diferente. A técnica de se traçar retas tangentes a curvas foi descoberta, pela primeira vez, no século XVII, por Sir Isaac Newton e consiste no seguinte processo matemático. Dada uma certa curva, representada por uma certa função f, estamos interessados em conhecer a taxa de variação instantânea (ou inclinação) da curva num certo ponto t, genérico. Traçamos uma reta através deste ponto t e de um outro ponto, um pouco adiante, que chamaremos t+t (t é um pequeno acréscimo). A esta reta, que fornece a taxa de variação média, chamaremos reta secante. A taxa de variação (slew-rate) da reta secante é, pela expressão usual (1.1): - Contudo, esta não é uma boa aproximação para a taxa de variação em t, pois ela compreende uma região relativamente grande. Se diminuirmos progressivamente o acréscimo t, aumentaremos a precisão cada vez mais e chegaremos, no limite em que t se aproxima de zero , na inclinação da reta tangente, pois o ponto t estará infinitamente próximo de t, e assim poderemos, com segurança garantir que, [t, f(t)] e [t, f(t)] quase se tocam. Matematicamente o processo é: Onde SR é a taxa de variação instantânea da curva no ponto t. A operação é chamada derivada de f com respeito a t. Aplicando o operador derivada ao sinal senoidal de teste do tipo u(t) = A sen(wt),(que nada mais é do que a representação matemática do sinal de teste da figura 2, onde A representa a amplitude, w é a freqüência angular e t o tempo), podemos encontrar todas as taxas de variação possíveis para esta função: d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w - Não provaremos a passagem d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w, mas o processo é essencialmente o descrito em (1.3); (aos interessados lembramos que aqui foi utilizada a regra da cadeia do cálculo diferencial[1], razão pela qual surge um w fora da função). - Se d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w podemos facilmente encontrar a maior taxa de variação possível, já que a função cosseno é periódica e tem inclinação máxima (ou mínima) em 0, p, 2p,... (ou seja, em hp c/ c/ hÎ N), e esse valor máximo é sempre unitário (1 ou -1); assim u(t) = A sen(wt) d[u(t)]/dt = A cos(wt)w Como o cosseno tem valor máximo em 0, p, 2p,..., fazemos t = 0, assim o fator cos(wt) = 1, e substituindo temos: SR = d[u(t)]/dt = Aw ; em t = 0 Como w = 2pf, a equação fica: SR (Amax, fmax) = Amax 2pfmax (1.4) Sendo Amax a amplitude máxima do sinal de teste e fmax a maior freqüência deste sinal. Assim (1.4) representa a maior taxa de variação (slew-rate) possível para uma tensão que varia sinusoidalmente com o tempo, em função da amplitude e da freqüência - Consideremos um trecho do gráfico. Estamos interessados em conhecer a taxa de variação em um único ponto. O gráfico não é uma reta, assim como medir a inclinação de algo que é, essencialmente, curvo? A técnica consiste em se traçar uma reta que toca o gráfico num único ponto, o ponto que estamos interessados. A essa reta dá-se o nome de reta tangente ao gráfico no ponto em questão. A inclinação desta reta tangente pode ser então calculada da maneira usual, fornecendo assim, a taxa de variação instantânea da curva, num dado ponto. - Observe que não é mais possível falar em taxa de variação apenas, mas em taxa de variação instantânea, pois que para cada ponto da função teremos um valor diferente. A técnica de se traçar retas tangentes a curvas foi descoberta, pela primeira vez, no século XVII, por Sir Isaac Newton e consiste no seguinte processo matemático. Dada uma certa curva, representada por uma certa função f, estamos interessados em conhecer a taxa de variação instantânea (ou inclinação) da curva num certo ponto t, genérico. Traçamos uma reta através deste ponto t e de um outro ponto, um pouco adiante, que chamaremos t+Dt (Dt é um pequeno acréscimo). A esta reta, que fornece a taxa de variação média, chamaremos reta secante. A taxa de variação (slew-rate) da reta secante é, pela expressão usual (1.1): (1.2) Contudo, esta não é uma boa aproximação para a taxa de variação em t, pois ela compreende uma região relativamente grande. Se diminuirmos progressivamente o acréscimo Dt, aumentaremos a precisão cada vez mais e chegaremos, no limite em que Dt se aproxima de zero, na inclinação da reta tangente, pois o ponto Dt estará infinitamente próximo de t, e assim poderemos, com segurança garantir que, [t, f(t)] e [Dt, f(Dt)] quase se tocam. Matematicamente o processo é: - Onde SR é a taxa de variação instantânea da curva no ponto t. A operação d[f(t)]/dt é chamada derivada de f com respeito a t. - Aplicando o operador derivada ao sinal senoidal de teste do tipo u(t) = A sen(wt),(que nada mais é do que a representação matemática do sinal de teste da figura 2, onde A representa a amplitude, w é a freqüência angular e t o tempo), podemos encontrar todas as taxas de variação possíveis para esta função: d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w - Não provaremos a passagem d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w, mas o processo é essencialmente o descrito em (1.3); (aos interessados lembramos que aqui foi utilizada a regra da cadeia do cálculo diferencial[1], razão pela qual surge um w fora da função). Se d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w podemos facilmente encontrar a maior taxa de variação possível, já que a função cosseno é periódica e tem inclinação máxima (ou mínima) em 0, p, 2p,... (ou seja, em hp c/ hÎ N), e esse valor máximo é sempre unitário (1 ou -1); assim u(t) = A sen(wt) d[u(t)]/dt = A cos(wt)w - Como o cosseno tem valor máximo em 0, p, 2p,..., fazemos t = 0, assim o fator cos(wt) = 1, e substituindo temos: SR = d[u(t)]/dt = Aw ; em t = 0 - Como w = 2pf, a equação fica: SR (Amax, fmax) = Amax 2pfmax (1.4) Sendo Amax a amplitude máxima do sinal de teste e fmax a maior freqüência deste sinal. Assim (1.4) representa a maior taxa de variação (slew-rate) possível para uma tensão que varia sinusoidalmente com o tempo, em função da amplitude e da freqüência. Consideremos um trecho do gráfico. Estamos interessados em conhecer a taxa de variação em um único ponto. O gráfico não é uma reta, assim como medir a inclinação de algo que é, essencialmente, curvo? - A técnica consiste em se traçar uma reta que toca o gráfico num único ponto, o ponto que estamos interessados. A essa reta dá-se o nome de reta tangente ao gráfico no ponto em questão. A inclinação desta reta tangente pode ser então calculada da maneira usual, fornecendo assim, a taxa de variação instantânea da curva, num dado ponto. Observe que não é mais possível falar em taxa de variação apenas, mas em taxa de variação instantânea, pois que para cada ponto da função teremos um valor diferente. A técnica de se traçar retas tangentes a curvas foi descoberta, pela primeira vez, no século XVII, por Sir Isaac Newton e consiste no seguinte processo matemático. Dada uma certa curva, representada por uma certa função f, estamos interessados em conhecer a taxa de variação instantânea (ou inclinação) da curva num certo ponto t, genérico. Traçamos uma reta através deste ponto t e de um outro ponto, um pouco adiante, que chamaremos t+Dt (Dt é um pequeno acréscimo). A esta reta, que fornece a taxa de variação média, chamaremos reta secante. A taxa de variação (slew-rate) da reta secante é, pela expressão usual (1.1): Contudo, esta não é uma boa aproximação para a taxa de variação em t, pois ela compreende uma região relativamente grande. Se diminuirmos progressivamente o acréscimo Dt, aumentaremos a precisão cada vez mais e chegaremos, no limite em que Dt se aproxima de zero, na inclinação da reta tangente, pois o ponto Dt estará infinitamente próximo de t, e assim poderemos, com segurança garantir que, [t, f(t)] e [Dt, f(Dt)] quase se tocam. Matematicamente o processo é: - Onde SR é a taxa de variação instantânea da curva no ponto t. A operação d[f(t)]/dt é chamada derivada de f com respeito a t. - Aplicando o operador derivada ao sinal senoidal de teste do tipo u(t) = A sen(wt),(que nada mais é do que a representação matemática do sinal de teste da figura 2, onde A representa a amplitude, w é a freqüência angular e t o tempo), podemos encontrar todas as taxas de variação possíveis para esta função: d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w - Não provaremos a passagem d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w, mas o processo é essencialmente o descrito em (1.3); (aos interessados lembramos que aqui foi utilizada a regra da cadeia do cálculo diferencial[1], razão pela qual surge um w fora da função). Se d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w podemos facilmente encontrar a maior taxa de variação possível, já que a função cosseno é periódica e tem inclinação máxima (ou mínima) em 0, p, 2p,... (ou seja, em hp c/ hÎ N), e esse valor máximo é sempre unitário (1 ou -1); assim u(t) = A sen(wt) d[u(t)]/dt = A cos(wt)w - Como o cosseno tem valor máximo em 0, p, 2p,..., fazemos t = 0, assim o fator cos(wt) = 1, e substituindo temos: SR = d[u(t)]/dt = Aw ; em t = 0 Como w = 2pf, a equação fica: SR (Amax, fmax) = Amax 2pfmax (1.4) - Sendo Amax a amplitude máxima do sinal de teste e fmax a maior freqüência deste sinal. Assim (1.4) representa a maior taxa de variação (slew-rate) possível para uma tensão que varia sinusoidalmente com o tempo, em função da amplitude e da freqüência [ad#quadrado-336x280] APLICANDO AS DEFINIÇÕES - A expressão (1.4) nos revela que o slew-rate é uma função a duas variáveis e estas variáveis estão intimamente relacionadas a dois fatores essenciais em amplificadores: 1. A máxima amplitude do sinal. 2. A maior freqüência possível (ou largura de banda). Essas dependências podem ser facilmente relacionadas pela expressão (1.4). - É necessário que os circuitos elétricos que irão processar o sinal sejam capazes de manipular essas variações no tempo, mais precisamente, que eles sejam suficientemente rápidos para não alterarem o sinal original. Na figura 6 podemos ver como um sinal é modificado por um circuito que possua um slew-rate inferior ao do próprio sinal. Caso a taxa de variação do sinal a ser amplificado/processado seja maior do que a taxa máxima de variação do circuito, teremos o que se usualmente se chama de distorção por limitação do slew-rate. A forma original da onda tende a um formato triangular, como pode ser visto na figura, e componentes que não existiam no sinal original irão se somar e aparecer na saída. A superposição (combinação linear) da fundamental com os componentes harmônicos irão formar a onda distorcida e esta pode ser extremamente desagradável para os ouvidos. A condição para que isso não ocorra é - Internacionalmente, adota-se como um bom padrão de engenharia uma SR quatro vezes superior ao que seria matematicamente necessário. Não mostraremos aqui porque os circuitos amplificadores são limitados em termos de taxa de variação. Esta análise exige alguma teoria de circuitos elétricos e não é nossa intenção no momento. - Ao invés disso, vamos apontar as conseqüências mais diretas desse tipo de distorção e a importância de se ter valores apropriados de slew-rate, a fim de evitar esses transtornos. Essencialmente, as necessidades não serão sempre as mesmas já que, como vimos, a SR exibe uma dependência com a amplitude máxima e com a freqüência máxima a ser respondida pelo amplificador (ou outro equipamento qualquer de áudio). Veremos alguns exemplos Exemplo 1: - Um amplificador tem que responder, para que atinja sua potência máxima, a uma amplitude de 10Vp e possui uma SR = 0,5V/us. Qual a maior freqüência com que ele poderá trabalhar sem exibir distorção por limitação de slew-rate? A condição é dada por (2.1): E podemos manipular (1.4) para obter onde as dimensões são: slew-rate em Volts/microsegundo: [SR] = V/us, amplitude máxima = tensão de pico em Volts: [Vp] = V e freqüência em Hertz: [f] = Hz. O fator 10^6 que aparece no numerador é necessário para que se possa exibir o resultado nas unidades usuais. Inserindo estes valores em (2.2), obtemos: Vemos assim que esse amp não poderá responder (em 10Vp) a nenhum sinal com freqüência maior do que 7,96kHz sem sofrer distorção. O procedimento inverso também é válido, pois podemos fixar a largura de banda que julgarmos conveniente e calcular qual a amplitude máxima teríamos disponível, sem distorção, na saída. Manipulando (2.2), obtemos: Supondo que uma largura de banda de 20kHz nos seja apropriada. Assim como antes, inserimos os valores em (2.3) para obter: - Não podemos utilizar este amp com uma tensão de saída maior do que 3,98Vp, sob pena de existir distorção no sinal de saída; isto é claro, se quisermos utilizá-lo até uma freqüência de 20kHz. Vamos agora aplicar estes resultados a amplificadores típicos do áudio profissional. Exemplo 2: - Um amp de 1.000Wrms/canal @ 2W será utilizado num trabalho full-range, com banda passante de 20kHz. Qual a slew-rate necessária? Se ele desenvolve 1.000Wrms @ 2W, então devemos calcular a amplitude máxima de um sinal de teste senoidal presente em sua saída. Manipulando a lei de Ohm, obtemos: No entanto a tensão assim obtida é a tensão eficaz ou rms. Nesse caso, nos interessa a tensão de pico (lembrando que as tensões medidas em multímetros comuns sempre são exibidas em valores rms, para um sinal permanente senoidal). Assim devemos multiplicar o resultado por (2)1/2. Inserindo os dados, obtemos: Utilizando diretamente (1.4) e inserindo os valores, obtemos: Internacionalmente, é recomendado que esse valor mínimo seja multiplicado por 4, obtendo assim: 31,7V/us, mas acredito que o dobro já seja o suficiente para garantir total ausência de distorção por limitação de slew-rate, assim ~15V/us já seria um ótimo valor. - Através destes exemplos fica claro que slew-rate não é uma especificação do tipo "quanto mais, melhor", basta termos um valor coerente com a aplicação a que se destina o amp (função da amplitude máxima e da freqüência máxima). Um eventual acréscimo não carecerá de qualquer significação[2]. - Tabelas poderão ser elaboradas pelos leitores a fim de verificar a melhor faixa de atuação de seus amps, bem como conferir as especificações de um novo equipamento a ser adquirido, para certificar-se que o mesmo se adequará as suas necessidades. Para tanto, basta utilizar as fórmulas que foram aqui deduzidas, consultar os exemplos resolvidos e praticar um pouco de matemática. - Para finalizar, devo acrescentar que verifiquei, ao longo de algum tempo, que em alguns comerciais e artigos envolvendo amplificadores tem-se dito que um certo amp possuía um alto slew-rate por empregar uma baixa (ou alta) taxa de realimentação negativa. Esse argumento, naturalmente, não possui o menor fundamento. Neste artigo não daremos uma demonstração rigorosa (quem sabe num artigo futuro), mas podemos, qualitativamente, analisar o fato. - A realimentação negativa não tem como interferir na taxa de variação ou na largura de faixa para grandes sinais[4]. Até que a tensão de saída varie, não há sinal de realimentação e nenhum benefício (ou sacrifício) devido à realimentação negativa pode ser obtido. Esse simples raciocínio pode ser reforçado com a idéia de que a malha de realimentação só pode amostrar um evento que já ocorreu! Assim a realimentação negativa, tão necessária em outros aspectos, tem pouca influência no domínio temporal. [ad#quadrado-336x280] MEDIÇÃO DE PARÂMETROS THIELE-SMALL INTRODUÇÃO - Antes de iniciar um projeto de construção de sonofletores é necessário conhecer os parâmetros mais importantes do falante que definem o seu comportamento em baixas freqüências. Esses parâmetros, conforme definidos pela teoria de Thiele-Small, são: Vas = Volume equivalente do falante Qts = Fator de Qualidade fs = freqüência de ressonância. - Estas grandezas costumam apresentar bastante variação entre marcas e modelos diferentes de falantes, mesmo entre os de igual diâmetro e freqüência de ressonância. Como os projetos de caixas acústicas são sensíveis a mudanças (mesmo reduzidas) nestes parãmetros não é conveniente iniciar algum projeto sem haver antes determinado os valores destas grandezas. - Também é necessário medi-los quando se pretende usar projetos de construção já prontos e para os quais não haja indicação precisa do modelo e marca do falante apropriado. Nesses casos, conhecendo os parâmetros Vas, Qts e Fs, é possível a adaptação do projeto para extrair o máximo de suas características. - O emprego em um projeto de qualquer outro falante que não o corretamente especificado através do uso dos parâmetros Thiele-Small, invalida os dados da construção e arrisca os resultados a serem obtidos. [ad#quadrado-336x280] Um pouco de teoria - Os parâmetros já referidos foram derivados das constantes eletromecânicas dos falantes para facilitar a análise das características dos diferentes falantes, e não podem ser medidos diretamente por instrumentos, excetuando-se a freqüência de ressonância. - Portanto necessitamos antes determinar outras grandezas e obter Vas e Qts através de cálculos posteriores. Para a determinação de Vas a primeira grandeza a ser medida é a compliância mecânica, Cms . - A complíância mecânica corresponde ao inverso do que se poderia chamar de rigidez mecânica, grosseiramente correspondendo ao que se poderia chamar de maior ou menor facilidade de movimentação do diafragma do falante. A compliância mecânica Cms é calculada através da aplicação de uma força conhecida sobre o cone do falante e medindo-se o deslocamento resultante. - O valor de Cms é dado pela relação entre esse deslocamento e a força aplicada, esta podendo ser obtida por meio de uma massa conhecida colocada sobre o diafragma do falante, mantendo-se este na horizontal e com o eixo orientado verticalmente. Cms = deslocamento/força ou: Cms = X/ (9,8 x M’) onde: X = deslocamento em metros M' = massa adicionada em quilogramas - A partir da compliância mecânica Cms é possível calcular a compliância acústica Cas, que corresponde ao valor de Cms multiplicado pelo quadrado da área efetiva do diafragma, ou seja: Cas = Cms x Sd2 onde Sd corresponde à area efetiva do cone do falante, sendo calculada por meio de seu diãmetro: Onde d = diâmetro do cone do falante. Conhecendo Cas, calcula-se o volume equivalente por: onde: Vas = Volume equivalente em metros cúbicos = Densidade específica do ar (1,18 Kg/m3) c= Velocidade do som no ar (aproximadamente 345m/s) - Existe outro método muito empregado para o cálculo de Vas, o qual consiste no emprego de uma caixa de volume conhecido. Primeiramente mede-se a ressonância do falante ao ar livre e posteriormente na caixa. Este tipo alternativo de determinação de Vas será explicado pormenorizadamente mais adiante e torna-se útil inclusive para verificação do acerto das medições tomadas pelo primeiro método.Muitos autores recomendam este método por ser considerado mais preciso. Já o valor de Qts é calculado através do levantamento de pontos da curva de impedãncia do falante. Após a determinação da freqüência de ressonância fs procuram-se duas outras freqüências, f1 e f2, uma acima e outra abaixo de fs. Veja a figura 1, que mostra a curva característica de um falante nas vizinhanças da ressonância. Vamos precisar das seguintes definições: Re: resistência à corrente contínua da bobina móvel; Rs: impedãncia (valor análogo à resistência, porém em corrente alternada) do falante na freqüência de ressonância fs; f1: freqüência abaixo de fs; f2: a freqüência acima de fs; As freqüências f1 e f2 são aquelas nas quais a impedância do falante vale: O fator de qualidade Qts pode ser dividido em duas partes distintas, uma dependente de grandezas mecânicas: Qms: fator de qualidade mecânico, e outra dependente de grandezas elétricas; Qes: fator de qualidade elétrico. O valor de Qms é obtido por: O valor de Qes é definido por: Para obtermos Qts podemos relacionar Qms e Qes da seguinte forma: Portanto, teremos o indice de mérito total, Qts dado por: ROTEIRO DE MEDIÇÕES Determinação da compliância mecânica – Cms - Obtém-se a compliância mecânica medindo-se a excursão do cone entre a posição de repouso e a posição para a qual o cone é deslocado com a adição de uma massa conhecida. - Esta massa pode ter de 0,25 kg até 0,50 kg, usando-se por exemplo pesos de latão. A excursão não deve ser demasiado grande, para não ser atingida a região não linear da suspensão, sendo de no máximo 0,5 cm para falantes grandes e de 0,2 ou 0,1 cm para falantes menores. Não devem ser usados pesos de metal ferromagnético, pois isto perturbaria a medida. A partir da medida feita com um paquímetro, podemos calcular: Cms = dX/ (9,8 x dM) onde: dX = deslocamento em metros dM = massa adicionada em quilogramas Determinação da freqüência de ressonância (fs) Usa-se nesta medida um oscilador, um milivoltímetro de áudio e ainda uma resistência de aproximadamente 500 ohms a 1 kohm conectada entre o oscilador e o altofalante em teste. A resistência é usada para transformar a saída do oscilador, quando sob carga, em uma fonte de correnteconstante. Veja o arranjo na figura 2 O alto falante deve, de preferência, encontrar-se em área livre, sem paredes ou chão a menos de 1metro de distancia. Nestas condições faz-se uma varredura em torno das freqüências onde se acredita estar a ressonância e é efetuada a leitura da freqüência em que o voltímetro apresente o maior valor. Esta é a freqüência de ressonância fs do alto falante. Determinação do fator de qualidade (Qts) Para o cálculo de Qts é necessário primeiramente calcular o valor de resistência da bobina móvel. Esta medida pode ser tomada por um ohmímetro comum. Chamaremos a este valor de Re. Montamos agora o circuito da figura 3. Para a freqüência de ressonância fs anota-se o valor da corrente e da tensão presentes. É conveniente manter a tensão em 1 volt, que é um valor padrão para este tipo de medição. Calcula-se agora a impedãncia Rs do falante na ressonância. Rs=Vs/Is, onde: Vs= Valor da tensão nos terminais do falante na ressonância, em volts; Is= Valor da corrente absorvida pelo falante, em amperes. Agora, vamos achar as freqüências f1 e f2 para as quais a impedância do falante seja: sendo f1 menor que f2 Como I = V/R, então a corrente esperada nos pontos f1 e f2 será: Se mantivermos V= 1volt durante o transcorrer desta medição então bastará achar as freqüências f1 e f2 para as quais a corrente seja: A tensão não necessita ser obrigatoriamente a especificada acima, porém é muito importante que seja exatamente sempre a mesma ao variar o oscilador entre fs , f1 e f2. Durante a varredura de freqüências a tensão tende a variar bastante, portanto é importante estar atento. Calcula-se Qts por: ou, aplicando os valores das grandezas, e sendo DX=X2-X1: onde: X2 - X1 é o deslocamento medido do cone de cm; DM é a massa adicionada ao cone; d é o diâmetro efetivo medido do cone b) ATRAVÉS DE MEDIDAS TOMADAS COM O USO DE UMA CAIXA DE VOLUME CONHECIDO. Esta série de medições poderá ser feita com a ajuda de uma caixa fechada ou sintonizada a uma freqüência determinada. Neste exemplo vamos utilizar uma caixa fechada. Dispondo-se de uma caixa bem selada, sem qualquer revestimento interno, com volume conhecido Vb, que esteja entre 20 e 50 litros, deve-se repetir os cálculos dos valores da freqüência de ressonância, a qual chamaremos agora de fb e do seu fator de qualidade, que chamaremos de Qtb. Calculamos Vas por: Outra fórmula mais simplificada que pode ser usada é: Nesta fórmula estamos supondo que o valor das massas acústicas envolvidas não variou substancialmente ao ar livre e na caixa, simplificação essa que introduz um certo erro no cálculo, mas que por outro lado, facilita a medição. Ressalte-se que, para esta medição o altofalante será posicionado na caixa em um orifício de tamanho coerente com o seu diâmetro e deve ser mantido bem pressionado contra esta, a fim de serem evitadas as fugas de ar. Não se deve esquecer de considerar a influência do volume do alto-falante em relação ao volume da caixa. Assim, se este estiver por dentro do orifício do painel o volume estimado do mesmo será subtraído do volume da caixa. VERIFICAÇÃO DAS MEDIDAS - Se na medição anterior foram usados tanto o método a quanto o método b, isto será útil para a verificação da correção das demais medições. Calcula-se novamente Vas através da fórmula acima, cujo resultado deve coincidir com o valor anterior. - Discrepâncias menores que 10% não necessitam ser levadas em conta. Para discrepâncias maiores recomenda-se refazer as medições. Ressalte-se que pelo método b obtem-se os valores mais precisos pois a medida do diâmetro efetivo do cone não é tão fácil quanto possa parecer à princípio, tornando pois os valores calculados mais sujeitos a erros. - A esse respeito é importante observar que um erro qualquer na medida de d é amplificado de 4 vezes ao ser calculado o valor de Vas. [ad#quadrado-336x280] Os valores de f1 e f2 obtidos devem satisfazer à igualdade: Em caso de discrepância é conveniente repetir o processo até ter-se certeza dos valores medidos. Note que o cálculo de fs a partir da fórmula acima é mais preciso do que a medição direta. Isto acontece porque a indicação do voltimetro varia relativamente pouco nas vizinhanças de fs, induzindo a erro facilmente. Portanto em caso de dúvida adote o valor de fs calculado. Determinação do volume equivalente (Vas) Vas pode ser determinado por dois métodos diferentes: a) Através de Cms Sendo: onde: Cas= compliância acústica; Cms= compliância mecânica; Sd = área efetiva do cone e onde: = densidade do ar (1,18 kg/m3); c = velocidade do som no ar (aproximadamente 345 m/s) Para a aplicação destas fórmulas só nos falta medir Sd. A área efetiva do cone é dada por: onde d é o diâmetro efetivo do cone. O diâmetro efetivo d é medido diametralmente de um ao outro lado do cone, tendo-se o cuidado de tomar a medida a partir dos centros da borda flexível que prende o cone à carcaça do alto- falante. Portanto, a fórmula para o cálculo de Vas que será usada é: EXEMPLO DE MEDIÇÕES E CÁLCULOS - Para exemplificar o método exposto, vamos utilizar um falante de vinte centímetros, comumente encontrado no comércio. O equipamento usado pelo autor nesta medição constou de um gerador de áudio digital, multímetro, paquímetro e um amplificador de áudio, para aumentar o nível de sinal. Medição da resistência da bobina móvel. Aparelho usado: Multímetro; Valor medido: Re = 5,9 ohms Medição da freqüência de ressonância Aparelhos usados: gerador de áudio, multímetro (escala 2 V, alternada) e resistência de 470 Circuito usado:conforme a figura 2. Valor medido: fs = 52 Hz - O valor de fs encontrado nesta medição serve mais como referência, uma vez que o método usado não apresenta muita precisão. Neste exemplo o valor da freqüência pode ser variado de 51 a 53 Hz sem alteração significativa do valor mostrado pelo voltímetro. Obtenção de Qts Aparelhos usados: gerador, multímetro (escala 10 V alternada), outro multímetro (escala 250 mA, alternada), Circuito utilizado:conforme a figura 3. Valores medidos: Na freqüência de 52 Hz, com o voltímetro ligado diretamente nos bornes do falante (para evitar a interferência da queda interna do aparelho usado como miliamperímetro) e medindo 1V foi lida a corrente de 35,5 mA. Durante esta leitura pode-se aproveitar para validar o valor de fs , pois na freqüência de ressonância, ao manter-se a tensão constante, o valor da corrente deve ser mínimo. Temos: O valor da corrente nas freqüências f1 e f2 será: Ajustamos agora o gerador de forma a obter em duas freqüências diferentes, acima e abaixo de fs a corrente de 77 mA com tensão constante de 1V. Este procedimento é bastante delicado, pois não é muito simples acompanhar a variação de dois aparelhos indicadores ao atuar-se em um terceiro, mas com um pouco de calma e habilidade esta dificuldade é contornada. Obtivemos: f1 = 35 Hz e f2 = 78 Hz Para avaliar a precisão dos resultados fazemos a prova: Caso não os valores não coincidam por pequena margem, adote o valor de fs como o resultado do cálculo acima, pois a determinação de f1 e f2, se bem feita, é mais precisa. Caso contrário, repita estas medições. Valor obtido de Qts: Obtenção de Vas Aparelhos usados: paquímetro e pesos de chumbo com massas conhecidas (podem ser os normalmente usados em redes de pesca) e com pesos determinados em balança de precisão. Medida do paquímetro ao centro do cone: x1 = 1,955 cm Nova medida com o cone lastreado com 282 g: x2 = 2,110 cm Diâmetro efetivo do falante (medido de centro a centro da suspensão do cone): 16,7 cm Obtenção de Vas: Logo Vas = 37 litros. [ad#quadrado-336x280] REATIVOS E AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA SOBRE A INFLUÊNCIA DA CARGA NOS APLIFICADORES DE POTÊNCIA; O objetivo do presente artigo é de esclarecer um assunto ainda bastante obscuro no meio profissional. Felizmente temas como: fator de amortecimento, distorção, potência, entre outros, já são assuntos devidamente "esmiuçados". No entanto, em pouco conhecimento permanece o fato de que os amplificadores interagem com as suas cargas e têm seu comportamento grandemente influenciado por elas. Uma destas formas de interação ocorre quando alimentamos impedâncias fortemente reativas, ou seja, justamente as cargas que todos nós utilizamos: os alto-falantes. A iniciativa é motivada por um quadro preocupante: poucos amplificadores são bons nesse aspecto (conforme já citado e brevemente comentado pelo Prof. Homero Sette Silva em Backstage). Distorção harmônica, instabilidade e até queima do estágio de saída são comuns. O principal objetivo deste texto, é levar à compreensão básica do fenômeno através de uma explanação simples, não pretendendo ser definitiva ou completa; visa elucidar o leitor, profissional de áudio ou não, de modo que se tenha sempre em mente esse fato ao adquirir-se uma ferramenta tão básica como um amplificador de potência. Todavia, para que se compreenda bem este assunto, convém começar do início e seguir passo a passo o caminho que leva até ele. Uma primeira análise da amplificação - cargas resistivas A grande maioria dos amplificadores de potência modernos trabalham na configuração amplificador de tensão, isto é, produzem na saída uma tensão que é proporcional àquela aplicada em sua entrada e que representa o programa de áudio. Esta tensão de saída tem usualmente grandes amplitudes de modo a gerar uma corrente também de grande amplitude ao percorrer-se uma carga de valor ôhmico muito baixo, como alto-falantes por exemplo. Naturalmente, a impedância de saída de tais geradores (amps) deve ser bem mais baixa do que a impedância da carga, de outra maneira não seria possível gerar correntes de grandes amplitudes. Considera-se, agora, um amplificador (fictício e que não se refere à nenhuma marca) recebendo um sinal senoidal e alimentando uma carga puramente resistiva[1], ou seja, que não possui reatância (que caracteriza um comportamento reativo). Neste caso especial a carga aproveita toda energia fornecida pelo gerador (dissipa potência por efeito Joule, ou seja, toda energia é transformada em calor). Tal fato ocorre porque que num circuito puramente resistivo não há atraso ou defasagem entre a onda de tensão e a onda de corrente, nesse caso, ambas senoidais; isso porque resistores não acumulam energia como os indutores e os capacitores, terminando por não interferirem nas formas de onda relativamente ao tempo (na verdade a explicação é mais profunda e como tantas mais que veremos adiante não caberiam na proposta deste artigo. Vamos limitar-nos portanto à uma abordagem mais simples). Como resultado, a potência consumida por uma carga puramente resistiva é pulsante e sempre positiva, pois num mesmo instante a tensão e a corrente são positivas ou negativas (produto de 2 positivos ou 2 negativos = sempre positivo), lembrando que a carga está sendo percorrida por uma corrente alternada e senoidal. A interpretação de potência positiva diz-nos que o receptor está consumindo a potência fornecida pela fonte. Potência sempre positiva significa portanto que a carga comporta-se sempre como um receptor, consumindo a potência fornecida pela fonte (amplificador), que por sua vez, comporta-se sempre como um gerador. Neste caso, como já foi visto, 100% da energia fornecida à carga é convertida em calor por efeito Joule. Essa situação é extremamente confortável para o amplificador, visto que ele não toma conhecimento da carga, exceto pelo fato de estar fornecendo energia; contudo pode-se dizer que nesse caso não há interação com a carga, o desempenho do amplificador fica sendo apenas função dele próprio, importando muito pouco pois, a carga. [ad#quadrado-336x280] OS ALTO - FALANTES Mas afinal não se utilizam amplificadores de potência para alimentar resistores, mas sim para alimentar alto-falantes. É justamente neste momento que o processo torna-se mais complicado. Os alto-falantes modernos são componentes eletrodinâmicos que, conforme demostrou Neville Thiele, têm um comportamento idêntico (do ponto de vista elétrico) ao de um circuito ressonante paralelo do tipo RLC [2], que pode ser visto na figura 2. O trabalho de Thiele, intitulado "Loudspeakers in Vented Boxes" posteriormente ampliado por Richard Small em sua tese de doutorado, constitui atualmente o principal pilar em que se apoiam as técnicas de análise de alto-falantes e caixas acústicas, conhecido como Teoria de Thiele-Small. Aqui no circuito equivalente pode-se divisar dois lados envolvidos, o do amplificador representado por Eg e pela sua resistência interna Rg (que é responsável pelo valor do fator de amortecimento do amplificador) e o lado do alto-falante em que se encontra RE representando a resistência do fio que constitui a bobina móvel e Le que representa a indutância dessa mesma bobina. Na seqüência deparamo-nos com as quantidades Res, Lces e Cmes que são as características mecânicas do alto-falante (resistência mecânica, compliância e massa móvel). Esses parâmetros mecânicos estão, pelo conceito da dualidade, refletidos no seu circuito equivalente elétrico, podendo ser assim analisados de maneira mais fácil. [ad#quadrado-336x280] CIRCUITOS REATIVOS – DEFINIÇÃO E ANÁLISE DA POTÊNCIA Define-se como reativo qualquer circuito que apresente capacitância ou indutância, ou ainda ambos os efeitos combinados. Capacitância é a propriedade apresentada pelos capacitores. Estes, por sua vez, são dispositivos que armazenam energia na forma de um campo elétrico. Analogamente, indutância é a propriedade dos indutores que também armazenam energia, porém na forma de um campo eletromagnético. Ao contrário dos resistores, nos capacitores (e nos indutores) ocorre uma defasagem ou atraso entre as ondas de corrente e tensão. Se for aplicado um certo valor de tensão em corrente contínua, observar-se-á que o capacitor leva um certo tempo para carregar-se e atingir o máximo valor da tensão entre seus terminais. Lembre-se que variando a freqüência varia junto o tempo necessário para que ela complete um determinado ciclo. Usando a notação de freqüência angular um período sempre terá 360º, meio período 180º, etc, independente da freqüência que tiver o sinal senoidal, simplificando bastante as coisas. Agora, assim como foi feito para um circuito resistivo, analisa-se a potência num circuito capacitivo. O amplificador, que recebe um sinal senoidal, alimenta uma carga puramente capacitiva (que pode ser um simples capacitor). Através da expressão p(t)=v(t)×i(t) pode-se levantar ponto a ponto o gráfico da potência instantânea na carga, ficando como mostra a figura 4. OS ALTO – FALANTES COMO COPONENTES RATIVOS E IMPEDÂNCIA COMPLEXA Referindo-se novamente ao gráfico da curva de impedância e de fase de um alto-falante ao ar livre (fig 5), concentremo-nos na curva de fase que ao assumir ângulos negativos até -90º, denotará comportamento capacitivo, sendo puramente capacitivo se o ângulo for exatamente -90º (analogamente será indutivo para ângulos positivos). Vê-se no gráfico que o ângulo assume vários valores não chegando, porém à exatamente -90º (ou +90º). Isso revela a existência de uma parte resistiva, ou matematicamente, parte real, responsável pela geração da potência ativa, que dissipa energia. A parte reativa, que em matemática chama-se imaginária (tal nomenclatura é utilizada na especialidade matemática que trata dos chamados números complexos), é a responsável pela geração da potência reativa e não aproveita nenhuma energia fornecida pelo gerador, ou seja, não dissipa potência, mas apenas troca energia com o gerador. Essa é uma das maneiras de definir-se impedância, que por sua vez, é um número complexo. Este possui uma quantidade real que representa uma resistência e uma quantidade imaginária, representando esta, uma reatância. A soma vetorial das duas partes do número complexo é conhecida como módulo da impedância. Tipicamente em alto-falantes o módulo da impedância vale 4 ou 8 Ohms, para freqüências próximas da segunda freqüência de ressonância. Como conclusão, o alto-falante na maior parte das freqüências é reativo, ou seja, existe impedância complexa (ângulo de fase diferente de zero), havendo portanto potência ativa e reativa coexistindo. Já foi demostrado que potência ativa dissipa energia, mas potência reativa somente a troca com o gerador. Assim sendo, o falante aproveita apenas uma parcela da energia fornecida pelo gerador, pois somente a parte resistiva da carga dissipa potência. Pode-se concluir que quanto mais a curva afasta-se do eixo zero, mais reativo será o alto-falante e mais energia será trocada com o gerador, em detrimento de uma cada vez menor parcela resistiva, que eficazmente aproveita potência. Esta é a chave para a compreensão deste artigo. Se como carga usar-se alto-falantes, sempre haverá uma parte dela trocando energia com o amplificador, exceto apenas nas freqüências de ressonância em que o comportamento é puramente resistivo. [ad#quadrado-336x280] E COMO FICAM OS AMPLIFICADORRES Exige-se portanto que o amplificador lide com essa troca de energia (não há como evitar) que, por sua vez, representa um esforço bem maior do que simplesmente fornecer potência, havendo a necessidade de absorver-se a energia da descarga do circuito reativo, que é a carga. É possível agora, analisar o que pode acontecer ao sinal de áudio e ao próprio amplificador. · DISTORÇÃO Os estágios de saída dos amps de grande potência quase sempre operam em push-pull e em simetria complementar (ou quase complementar em alguns circuitos), ou seja, existem dois "braços" ou "lados", cada um contribuindo com um semiciclo da onda de corrente e de maneira alternada (estágios classe B e AB), de modo a refazer o sinal de áudio na saída (figura 6). Se o circuito não tiver um projeto bem elaborado, o esforço adicional provocado pela absorção de energia que retorna da carga fará com que o sinal não seja coerentemente amplificado e a onda de saída não mais corresponderá à onda de entrada, pois apresentará distorção. Os tipos de alterações geradas no áudio pelo amp mal projetado e/ou dimensionado que opere nessa condição, são difíceis de prever-se e muito sujeito às condições do uso/teste e da topologia do circuito, porém a presença de distorção harmônica deve ser considerada. Pode-se verificar também que a alta impedância de saída (ou baixo fator de amortecimento) de alguns amps dificulta o desvio das ondas de descarga para um terra ac (+Vcc e -Vcc). A resistência interna alta faz com que a onda de descarga permaneça na saída do amplificador, sobrepondo-se à onda original e gerando "coloração" ou distorção. Na figura 6, pode-se ver um exemplo simples de estágio de saída em classe B, e o desenvolvimento das tensões e correntes (apenas para ac). A incapacidade de lidar com o esforço (troca de energia) pode levar o amplificador a um estado de total incoerência de funcionamento. Oscilação é possível, bem como a queima do estágio de saída. · SUBDIMENSIONAMENTO No caso da queima a causa pode ser simplesmente fadiga excessiva quando a etapa de saída atinge seus limites operacionais. Observe que essa situação de limites poderia ser alcançada com uma simples carga resistiva, bastando que para isso o amplificador fosse muito exigido ou que o valor ôhmico fosse muito baixo. Porém, a carga fortemente reativa fará com que essa extrema fadiga ocorra com muito mais facilidade, obtendo como resultado (muito provável) a possibilidade de queima do estágio de saída. Esse quadro é comum em amps que foram dimensionados a partir de uma carga resistiva. Como foi visto, existe uma enorme diferença entre uma carga resistiva de 2 ohms e outra reativa, também com 2 ohms. No caso da primeira o gerador apenas fornece potência, sendo submetido a um certo esforço, porém no caso da segunda existe, além desse esforço, outro adicional a que o estágio de saída terá que se submeter para dissipar a energia devolvida pela carga reativa, consequentemente a etapa aquecerá mais e exigirá um dimensionamento mais avantajado e cuidadoso. Deve-se considerar também que em cargas resistivas o valor ôhmico (no exemplo 2W) é fixo, o que não acontece com cargas reativas (como alto-falantes), nesse caso, o módulo da impedância varia com a freqüência (consultar a fig. 5), podendo atingir valores bem inferiores a 2W. Normalmente dimensiona-se um amp a partir de uma carga resistiva sem levar em consideração que falantes e caixas acústicas são extremamente reativos; o estágio fica assim subdimensionado e corre sério risco de queima; para o usuário esse seria um fato inexplicável, já que seu amp "queimou-se sozinho" sem nenhuma falha no seu sistema de caixas e talvez até em volume baixo ou mediano. Lembre-se que somente a potência ativa gera trabalho aproveitável (som), porém a potência reativa existe e exige esforço do amplificador para dissipá-la. · OSCILAÇÃO Outro problema muito encontrado em amps de marcas não idôneas, é a oscilação. Novamente aqui o efeito é muito mais pronunciado em cargas reativas, devendo-se considerar a importância de serem feitos testes com esse tipo de carga no trabalho de desenvolvimento de um amplificador. Amps que em cargas resistivas não oscilam, podem perfeitamente oscilar em cargas fortemente reativas e provavelmente queimarão o estágio de saída (o que foi confirmado em testes). · UMA ANÁLISE MAIS PROFUNDA Quando um amplificador oscila ocorre uma sucessão de fatos que levam à destruição do estágio de saída. Embora não estejam ainda fundamentadas em sua totalidade, pode-se fazer algumas suposições bastante seguras do que afinal de contas acontece. Uma teoria cativante sugere que a queima ocorre devido a um efeito conhecido como avalanche térmica, sugestão esta feita pelo Eng. Rosalfonso Bortoni. Para a justificativa, supõe-se um estágio de saída composto por apenas um par de transistores de potência operando em push-pull, sendo o exemplo válido também para estágios que contenham qualquer número de transistores, visto que são geralmente ligados em série e/ou paralelo. O que acontece então é o seguinte: Quando o circuito oscila, a pastilha semicondutora dos transistores de saída aquece provocando um aumento da corrente de coletor IC, que deveria depender somente da tensão VBE (tensão entre base e emissor ou tensão de polarização). Quando a tensão VBE sobe, a corrente IC também sobe em resposta (e de maneira muito mais pronunciada pois: IC = corrente de base × ganho do transistor). Com o aumento da temperatura, diminui a VBE requerida ou seja, a polarização que seria necessária e IC será bem maior do que antes, o que aquecerá ainda mais o transistor. Tipicamente, num estágio de saída classe B ou AB, um aumento de 30ºC na temperatura se não for compensado, será acompanhado de um aumento na corrente de coletor por um fator de 10! Com o transistor ainda mais quente IC será ainda maior quando ele for à região ativa o que novamente elevará sua temperatura. Este ciclo realimentado progredirá até que o transistor atinja sua máxima corrente de coletor admissível, e então finalmente será destruído (entrará em curto). Observe que tal processo leva apenas alguns poucos segundos para acontecer. É interessante notar que os circuitos de compensação térmica presente em todos os amplificadores push-pull de grande potência classes B, AB, G e H não são suficientemente rápidos para realizar a compensação e assim evitar a queima. A causa é devido principalmente ao fato de serem as trocas de calor processos físicos essencialmente lentos. Esse fato perde importância em estágios de saída que empreguem tecnologia E-MOSFET, graças ao seu coeficiente negativo de temperatura. MAIS UM PROBLEMA Um outro problema que aparentemente acompanha amps mal projetados e/ou dimensionados é o da condução simultânea, que pode surgir quando o circuito atinge os limites impostos pelo projeto e/ou pelos componentes. Mais uma vez, considera-se que amps mal projetados e/ou dimensionados sempre terão esses limites drasticamente reduzidos, pois num projeto de alto nível procura-se atingir o máximo desempenho da configuração adotada e dos componentes utilizados, o que naturalmente não ocorreria em um trabalho com menor respaldo técnico. Convém lembrar que as cargas reativas sempre farão qualquer amp atingir seus limites antes das cargas resistivas. Para entender o que acontece, antes de mais nada é preciso saber que sendo o estágio de saída push-pull, operando em classe B, AB, G ou H, os transistores entram na região ativa um de cada vez (pelo menos considerando a maior parte do tempo). Em outras palavras, quando um está na região ativa o outro está na região do corte. Engenheiros e técnicos podem enxergar de outra maneira: essencialmente os dois transistores têm o seu ponto Q (quiescente ou de operação) posicionado no extremo inferior da reta de carga ac, em VCE corte. Estágios classe AB posicionam o ponto Q um pouco acima de VCE corte , mas o funcionamento é semelhante. A tensão ac (sinal de áudio) aplicada às bases desloca o ponto Q para cima da reta de carga ac, porém, quando um deles é deslocado o outro permanece firme, próximo à VCE corte. A condução simultânea é um fenômeno que surge principalmente pela falta de velocidade do circuito em processar sinais de freqüência muito alta (acima de 20kHz), ou seja, há uma dificuldade do circuito em fazer a transição entre um estado e outro (quanto mais rápido, mais difícil). Essa dificuldade, em primeira análise, introduz distorções do tipo de "crossover". Mas se a freqüência do sinal for realmente alta o circuito poderá "confundir-se", por assim dizer e permitir que os dois transistores conduzam corrente (IC > ICQ) ao mesmo tempo, ou ainda que o ponto Q dos dois transistores posicionem-se bem acima de VCE corte num mesmo instante, podendo ser ambos destruídos caso IC seja suficientemente alta. É interessante notar que isso pode acontecer até sem carga alguma, mas há razões sutis para crer que em situação de fadiga a ocorrência seja bem maior, possivelmente até diminuindo o valor da freqüência necessária para que o circuito "confunda-se". Novamente, considera-se neste artigo que a carga reativa fará com que qualquer estágio de saída seja muito mais exigido. Para a justificativa dessa hipótese é considerado apenas um par de transistores de saída. No entanto, convém lembrar que a explanação visa justificar fatos observados em testes de laboratório. A explicação a ser dada é a seguinte: Com o transistor no corte, seu VCE (tensão entre coletor e emissor) é o próprio valor da fonte. Considera-se como exemplo Vcc=100Vdc. Ao encontrar o semiciclo positivo da onda de tensão de descarga do circuito reativo (que é a carga) o emissor "enxerga" um potencial que varia desde zero até +100V, e para isso, supõe-se que a onda tenha um valor de 200Vpp, o que é comum em alta potência. O VCE assim seria no máximo o valor da própria fonte que é Vcc=100V (100V-0V) e no mínimo de 0V (100V-100V). Mas no semiciclo negativo da descarga a situação inverter-se-ia. O emissor veria no máximo 0V e no mínimo -100V e como 100-(-100)=200, o VCE teria o valor de 200V por um breve instante, perigosamente perto da região de ruptura, onde o funcionamento do transistor não é mais normal. Ex: o VCE máximo dos transistores 2SC3281/2SA1302 = 200V. Esses modelos são muito empregados neste tipo de aplicação. Analisando um gráfico da IC (corrente de coletor) no domínio da VCE (figura 7), nota-se que a IC próxima da região de VCE máxima, sobe rapidamente, mostrando que poderia assumir qualquer valor (este efeito é conhecido como multiplicação por avalanche), o que bastaria para provocar sua destruição, talvez não imediata, mas abreviaria consideravelmente sua vida útil. Com a queima de um transistor do par (curto), o outro também seria destruído. Entretanto, se o transistor ainda não se destruir estará conduzindo fortemente, pois por um breve instante existirá corrente apreciável no diodo coletor (na verdade um pulso de corrente). Com o outro transistor do par já conduzindo na região ativa, teríamos a condução simultânea independente do valor da freqüência e que destruiria ambos, caso a corrente desenvolvida seja suficiente. Convém lembrar que estágios classe B, AB, G ou H geralmente não são dimensionados para suportar uma condução simultânea, o que ocorre normalmente em estágios classe A, sendo estes, portanto, naturalmente imunes a esse problema. Para concluir, deve-se dizer que essa situação é aparentemente facilitada no caso do amplificador não possuir uma baixa resistência interna (baixa impedância de saída). Observe que tanto a ocorrência de avalanche térmica (vista na edição anterior) como a de condução simultânea (nessa situação em específico) não passam de hipóteses ainda a serem confirmadas como fatos. Os sintomas são muito variáveis e sujeitos a condições, de maneira que não se pode ter muita certeza disso ou daquilo, no entanto ao que parece são as causas da queima de amps mal projetados e/ou dimensionados nas condições de extrema fadiga proporcionadas por uma carga fortemente reativa. É claro que as pesquisas continuam, de modo que novas confirmações serão relatadas. É importante salientar que as duas causas descritas (avalanche térmica e condução simultânea) são teses, mas o mau desempenho e as queimas dos estágios de saída não, estes sim são fatos e ocorreram inclusive nos testes realizados. (Nota:Em leitura de recente trabalho, do pesquisador norte-americano G. Randy Slone, comprovei tais teses. Slone afirma serem estes fenômenos fatos, mas não relata detalhes desses trabalhos, o que será objeto de pesquisa futura) O subdimensionamento é também fato comprovado e mereceu inclusive fazer parte da dissertação de mestrado do Eng. Rosalfonso Bortoni (UFSC). Cabe aqui, portanto uma descrição das condições de teste a que foram submetidos alguns aparelhos comerciais e também circuitos experimentais e/ou de desenvolvimento. Sinais aplicados: ondas, senoidal e quadrada, na faixa de 1Hz à 100kHz. Cargas utilizadas: resistiva e puramente capacitiva com valores oscilando entre 1uF e 10uF. Regime de trabalho: variando entre baixo e o máximo, respeitando as limitações próprias de cada aparelho. · CAIXAS ACÚSTICAS E CROSSOVERS PASSIVOS Porém, até agora neste artigo, considera-se como uma possível carga reativa prática somente o alto-falante ao ar livre. Na realidade a situação é ainda mais difícil, pois o esforço do estágio de saída é ainda maior quando se usam caixas acústicas com diagramas fasoriais mais complicados. Levando-se em consideração que ninguém utiliza falantes ao ar livre, essa observação atinge todos os casos (exceto em situações onde se usam caixas closed-box do tipo fechada, pois o diagrama fasorial dessas caixas é semelhante ao de um falante ao ar livre). Caixas bass-reflex teriam pelo menos mais duas freqüências de ressonância e por conseqüência mais duas inversões de fase em relação ao falante ao ar livre (ou caixas closed-box). Caixas band-pass e caixas-corneta têm comportamento ainda mais complexo. Naturalmente o circuito equivalente de tais sistemas é algo bem mais complicado do que o apresentado na figura 2. Analogamente, falantes que possuem fator de qualidade total (Qts) mais altos, exigem mais dos amplificadores e expõem bem mais um eventual circuito mal dimensionado a falhas, pois são mais reativos do que outros possuidores de Qts mais baixos (normalmente um indicador de falantes de alta qualidade). Assim se pode generalizar esse raciocínio para o sistema formado pela caixa+falante. Estes sempre exigirão mais dos amplificadores quanto maior for o fator de qualidade resultante do sistema (Qt), que por sua vez é função do falante e do alinhamento adotado. Estendendo ainda mais, verifica-se que caixas acústicas com crossovers passivos apresentam forte reatância adicional, devido aos circuitos sintonizados formados por redes de capacitores e indutores. Os diagramas fasoriais dessas caixas seriam ainda mais complexos que se estivessem sem o crossover passivo. Naturalmente se este crossover passivo possuir alguma equalização ou Notch Filters, a situação tornar-se-á ainda mais problemática para o amplificador. O circuito equivalente desses sistemas pode ultrapassar a 16ª ordem. · CONCLUSÃO Cargas reativas impõem uma dificuldade aos amplificadores de potência que cargas resistivas jamais poderiam fazer sob iguais circunstâncias. As reativas, portanto exigirão um maior "preparo" dos amps, pode-se assim dizer, o que muitas vezes não acontece, pois os próprios fabricantes não as consideram no seu desenvolvimento e dimensionamento; também acabam por não usá-las nos testes finais com os seus aparelhos e muitos deles sequer têm conhecimento do fato (nem todos são assim, felizmente). Observei através de testes em alguns amps comerciais, que em aparelhos de marcas "estranhas" todos os problemas descritos anteriormente são comuns, possuem estágios mal dimensionados e ao conectar-se uma carga reativa apresentam grande alteração de comportamento. Viu-se que quando o circuito não é bem elaborado e/ou dimensionado, qualquer esforço requerido pela carga (como trocas de energia) fará com que o sinal não seja coerentemente amplificado, resultando assim numa distorção e até oscilação e queima, sendo uma das causas disso tudo, o fato de que, no período de desenvolvimento não se previu que a carga seria reativa e nos testes de prototipagem os amps não foram avaliados com cargas fortemente reativas, mas tão somente com cargas resistivas (se é que). Mas na esmagadora maioria dos casos, isso acontece porque seus circuitos foram copiados de outros amplificadores. Freqüentemente a topologia do circuito acaba sendo utilizada em aplicações e/ou condições para qual não foram previstos pelos projetistas originais, resultando assim num aparelho mal dimensionado e sujeito a problemas de todos os tipos já mencionados, principalmente à queima por fadiga excessiva (repetindo: isso chegou a acontecer nos testes). Assim também como no desenvolvimento de amplificadores de potência estes fatos devem ser considerados pelos projetistas e tratados à parte. Muitos fabricantes testam seus amplificadores somente com cargas resistivas e por esse mesmo motivo mascaram o surgimento dos problemas. O projetista deve portanto submeter seu projeto a testes meticulosos, dentro e fora da faixa audível, com várias formas de onda e vários tipos de carga. Da mesma maneira, os testes de longa duração feitos ao final da linha de montagem, normalmente em cargas resistivas, deveriam ser também realizados com cargas fortemente reativas, revelando com mais facilidade a existência de problemas (componentes e/ou montagem). O profissional de áudio e o público que afinal de contas são os maiores interessados agradecem. Sempre bom lembrar: quando o usuário compra um equipamento, ele não está adquirindo simplesmente um monte de peças, e sim um trabalho de pesquisa e desenvolvimento. Se o fabricante deste equipamento não tiver condições de lidar com sua tecnologia (o que freqüentemente ocorre), o desempenho e por conseqüência o investimento serão prejudicados. [ad#quadrado-336x280] AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA Verifique se o módulo amplificador admite ligação Bridge, possui crossover ativo passa-alta e passa baixa e controle de ganho para cada par de canais; Verifique sua distorção harmônica, distorção (THD) acima de 1% pode causar fadiga. Quanto menor este valor, menor será a distorção. Verifique sua resposta de frequência, ela deve ser a mais plana possível entre 20Hz e 20.000Hz. Verifique sua potência RMS, contínua a 4 Ohms (Root Mean Square) com baixa distorção. ( 30W RMS é o suficiente para sistemas para o dia a dia, 50W ou acima já servem para fazer um bom barulho fora do carro) Muitos fabricantes indicam a potência a 1 Ohms, algo que é muito difícil de ser utilizado, você precisaria de 4 falantes de 4 Ohms ligados em paralelo para chegar a essa impedância. Inviável para quem quer utilizar apenas um SubWoofer. Além de que muitos utilizam a potência PMPO (Peak Music Power Output) que é a potência de pico medido em frações de segundo que não servem para a música em geral. Verifique a impedância mínima que o amplificador aguenta. Normalmente fica em 2 Ohms em estério e 4 Ohms em bridge. Amplificadores de alta-corrente aguentam até 0,25 Ohms em bridge gerando cerca 1500 W, 3 a 6 vezes mais potência que a 4 Ohms. Verifique sua relação Sinal/Ruído (S/N). Relação entre o nível de Sinal e o nível de ruído presente no som, os melhores amplificadores tem a relação acima de 100dB. Quanto maior esse valor, menos ruído seu amplificador vai gerar. Você sabia que na maioria dos amplificadores do mercado são de classe AB e que metade da corrente que ele consome vira calor e a outra metade vira som e música ? [ad#quadrado-336x280] O SOM NO AUTOMÓVEL ALGUNS CONCEITOS; O som reproduzido no interior de um carro é percebido de uma forma totalmente diferente do que o seria em uma sala comum. Isto se deve, não só a fatores ambientais, como também psicológicos. O automóvel, enquanto ambiente para audição de som, apresenta condições bastante estranhas: acelerações e desacelerações, súbitos trancos originados pela pavimentação (ou falta de... ), um motor de combustão interna originando vibrações e interferências em quase toda a faixa audível, indo mesmo até a faixa de radiofreqüência. O calor, o pouco espaço e a tensão disponível de 12 V nominais não permitem grandes vôos de imaginação por parte dos projetistas do equipamento eletrônico, sendo ainda que as localizações disponíveis para falantes são extremamente limitadas, dentro de um meio ambiente agressivo, com extremos de temperatura e umidade. Por outro lado, as condições internas de acústica alteram significativamente o equilíbrio harmônico, dificultam a reprodução de baixas freqüências devido à limitação volumétrica do habitáculo, acentuam demasiadamente as freqüências médias-baixas, e as áreas envidraçadas originam focalizações indevidas nos agudos. Aparentemente, a quantidade de problemas sugere que não é possível a reprodução de alta-fidelidade no interior do automóvel. No entanto, a audição no carro, apesar da aparente falta de lógica, é, para muita gente, bastante satisfatória, como tem demonstrado a popularidade dos concursos automotivos. Como então explicar essa aparente contradição? Talvez algumas motivações para o gosto pelo som no carro tenham sua origem em uma esfera de ordem mais psicológica que propriamente acústica, como por exemplo, a própria dificuldade da instalação de forma a superar desses obstáculos, ou mesmo a possibilidade de poder contar com as músicas que mais gostamos em um passeio descomprometido por um lugar agradável. De qualquer forma, um pouco de conhecimento de acústica pode servir para tornar mais fácil a "afinação" do som do automóvel e contribuir para o enriquecimento do nosso universo audiófilo. CONDIÇÕES DE AUDIÇÃO; O fator mais importante que modifica a percepção do som presente no ambiente do automóvel diz respeito ao ruído. Como ruído, entendemos todo o som originado por diversas fontes: o barulho externo do tráfego ao redor, dos pneus sobre a pavimentação, "grilos" na suspensão, vibrações do motor, vento, radiointerferência e muitos outros. O espectro de freqüências cobertas pelo ruído vai desde os subsônicos, produzidos principalmente pelas vibrações do motor e pela ação de compressões e descompressões atmosféricas que ocorrem nos espaços das janelas abertas; entram na faixa de graves, de 20 a 100 Hz, originados pela ação do rolamento; na faixa de médios e agudos, pelo motor e assobio do vento. Uma série de medições em carros médios e pequenos originou as curvas mostradas. Vemos duas respostas típicas, a de baixo, para um carro médio, e a de cima, característica de carro pequeno. As medições foram feitas utilizando ruído rosa em autos com som tipo original, ou seja, sem o uso de amplificadores potentes ou equalizadores. Notamos de imediato a semelhança entre ambas (a correspondente aos carros de maior porte foi destacada ligeiramente para baixo para maior facilidade de visualização). O aspecto mais notável é a ressonância de aproximadamente 10dB que afeta apreciavelmente os médios-baixos, seguida de uma segunda ressonância por volta dos 2 kHz, e uma terceira perto dos 5 kHz Estes efeitos são claramente notados na audição por serem bastante evidentes, e dão uma sensação que muitos apreciam de "realce" de graves e agudos, embora o som resultante não possa ser chamado, de maneira alguma, de alta-fidelidade. Nessas condições, um equalizador gráfico de qualidade ajuda apreciavelmente, e é mesmo indispensável para quem quiser levar a sério o som automotivo. Sabendo-se que as curvas mostradas são bastante comuns para diversos carros e correspondem ao uso de aparelhos de boa procedência, a mesma figura serve como sugestão para a primeira tentativa de "acertar" uma equalização. Medições realizadas separadamente com o canal direito e o canal esquerdo não mostram diferenças significativas entre ambos. Isto, pela lógica, seria mesmo de se esperar, devido à simetria e ao pequeno volume do habitácuio. Assim sendo, os equalizadores estéreo com um só controle para ambos os canais são perfeitamente satisfatórios. O tipo de acabamento do carro, especialmente aqueles mais luxuosos com tapetes de náilon ou buclê, e assentos altos, tendem a amortecer mais os médios e agudos diminuindo ligeiramente a potência aparente, mas o efeito não é por demais significativo. Como se vê, o automóvel não é dos ambientes mais propícios para o áudio. Se o objetivo for conseguir um som de "alta-fidelidade", é necessário investir muito tempo e dinheiro - às vezes mais do que o valor do automóvel. Mas, para uma audição descompromissada, um equipamento mínimo pode ser puro divertimento e, com um pouco de boa vontade, é possível curtir uma boa gravação até com mais gosto do que no sistema hipersofisticado da sala de estar. De certa forma, é instrutivo tentar entender como isso acontece. Na verdade, para uma audição musical, os ruídos de fundo necessitam serem baixos o suficiente de forma que, com material de faixa dinâmica normal, as passagens de baixo nível sejam claramente audíveis. Seria de se esperar que, com valores de ruído da ordem de 80 dB, ao ouvir uma gravação a um nível máximo de 85 dB, só restassem 5 dB de dinâmica máxima, número que se obtém com uma simples subtração. Ora, na prática não é isso que acontece, pois o ouvido é capaz de discriminar dentre os ruídos circundantes os sons que nos interessam, sejam eles provenientes da conversa do passageiro ao lado, ou da música. E isto ocorre por ser o espectro do sons musicais tão diferente do espectro do ruído ou da conversa, que não há possibilidade de enganar o cérebro a respeito. Isso já não ocorre com um microfone, para o qual o cálculo aritmético feito acima é válido. Isto explica porque ao ouvirmos uma gravação que foi realizada ao vivo somos surpreendidos com ruídos que absolutamenlo não nos lembramos de ter ouvido - a diferença é o computador que temos embutido dentro de nós: o nosso cérebro. ALTO FALANTES; Os alto-falantes empregados em sonorização podem ser divididos em grupos, conforme o espectro de frequências que manejam melhor. Naturalmente, seria desejável que um único tipo de alto-falante reproduzisse com fidelidade e volume todas as freqüências. Na prática, os falantes de graves tendem a serem grandes e pesados para suportar melhor a potência exigida, enquanto aqueles voltados para a reprodução dos agudos devem ser pequenos e leves. Até cinco grupos diferentes de freqüências podem serem definidas para a reprodução dos alto-falantes: · SUBWOOFER: São aqueles projetados para as freqüências mais baixas, comumente entre 20 Hz a 120 Hz. Tem grande capacidade de absorção de potência, alta excursão do cone, bobinas longas. · WOOFER: Reproduzem de 20 Hz a 3.000Hz. Embora os woofers possam responder de 20 Hz a até cerca de 3000 Hz, em um sistema empregando sub-woofers a sua resposta é limitada às freqüências de 50 Hz até 500 Hz. Tem boa capacidade de absorção de potência e podem em sistemas mais simples, como por exemplo os de duas vias, reproduzirem a faixa completa até 300 Hz. · MID-BASS: Empregados entre 80 Hz e 500 Hz. São muito usados em sistemas multi-vias com divisores ativos, em portas e tampões traseiros. · MID-RANGE: Respondem de 300 Hz a 4.000 Hz. Rotineiramente usados em sistemas de tres ou mais vias, podendo serem fechados, abertos ou tipo domo. Definem a qualidade do som, já que reproduzem a faixa de freqüências com maior presença e que necessita de mais definição. Nessa faixa está a maioria dos instrumentos que reproduzem a melodia e também a voz humana. · TWEETER: Emitem os agudos, de 3.000 Hz a 20.000 Hz. Normalmente bastante diretivos, são fundamentais na localização da imagem sonora. Podem ser construídos com cone, domo ou utilizando cristais piezoelétricos. Os falantes mais comumente encontrados são do tipo eletrodinâmico., pois transformam a energia elétrica recebida do amplificador em anergia acústica por meio de um transdutor mecano-eletro-acústico constituído de uma bobina móvel imersa em um campo eletromagnético mantido por um imã permanente. As principais características de um falante eletrodinâmico são: RESPOSTA EM FREQÜÊNCIA: Corresponde à curva da pressão sonora emitida pelo falante medida em relação ao conjunto das freqüências audíveis. As freqüências são eletricamente emitidas com a mesma potência nominal, de 20 Hz a 20.000 Hz. Dependendo da melhor resposta do alto-falante este é classificado como sendo pertencente a um dos grupos já definidos. IMPEDÂNCIA NOMINAL: É a resistência característica da bobina do alto-falante somada ao valor da capacitância/indutância, definido como o valor mínimo encontrado logo acima da ressonância em baixa freqüência. · RESISTÊNCIA: Definida como a resistência ôhmica do fio de cobre da bobina. · POTÊNCIA: O parâmetro mais procurado e menos conhecido das especificações. Normalmente, e pela Norma Brasileira NBR 10303, a Potência Nominal é definida como a potência máxima em watts RMS (Root Mean Square) aplicável ao alto-falante no período mínimo de duas horas dentro da faixa de freqüencias para a qual foi construído. A Potência Musical surgiu como uma definição padronizada pelo IHF - Institute of High Fidelity americano como uma forma de incorporar o programa tipicamente musical em vez de sinais senoidais às medições. É considerada como sendo em tôrno de 2 vezes a potência RMS. Já a Potência Musical de Pico Operacional - PMPO, corresponde ao pico do programa musical. É uma forma de produzir números inflacionados para impressionar o consumidor e geralmente corresponde a quatro vezes a Potência RMS, embora alguns fabricantes cheguem a números de até dez vezes. Não tem nenhuma confiabilidade. · SENSIBILIDADE: Corresponde ao nível de pressão sonora, em dB, emitido pelo falante com um watt RMS e a um metro de distância. Serve para identificar os alto-falantes mais eficientes e que aproveitam melhor a potência dos amplificadores. · PARÂMETROS DE THIELE-SMALL: Identificam para o projetista os dados necessários para o cálculo do volume e do tipo caixa acústica mais aconselhável para um dado falante. DIVISORES DE FREQUENCIA; Os alto-falantes empregados Cada grupo de falantes suporta somente as freqüências para as quais foi construído. Dependendo da sofisticação, os sistemas automotivos podem empregar de duas até as cinco vias definidas acima. Para a separação das freqüências de modo a que cada alto-falante receba somente as que é capaz de reproduzir com maior fidelidade e menor distorção emprega-se o divisor de freqüências - "crossover". · PASSA-BAIXAS: filtros que rejeitam progressivamente as freqüências acima de determinado valor. São usados nos subwoofers e woofers. · PASSA-ALTAS: rejeitam as freqüências mais baixas. Empregados nos tweeters. · PASSA-BANDA: rejeitam as freqüências abaixo de um certo valor e as mais altas acima de um outro valor maior que o primeiro. Usados nos mid-range e mid-bass. Os divisores podem ser PASSIVOS - os mais comuns - ou ATIVOS. Os passivos são formados por capacitores e indutores conectados de forma a aceitar determinadas freqüências e rejeitar outras. São ligados após o amplificador e antes do alto-falantes. Os divisores ativos são mais dispendiosos e empregados em sistemas multi-vias com muitos amplificadores, bem como em sub-woofers para o aproveitamento e controle integral dos graves. Os divisores ativos proporcionam controle total do volume de cada faixa, pontos de transição variáveis e são ligados entre o gerador de som com saídas de baixo nível e o(s) amplificador(es) de potência. [ad#quadrado-336x280] CABOS E CONEXÕES Um ítem importante, mas nem sempre bem equacionado, refere-se ao emprego de cabos apropriados para o áudio. Na verdade, os cabos são o componente de menor custo em uma instalação, porém geralmente são sub-dimensionados. Imagine os cabos como vias para a passagem do som: se forem de bitola insuficiente o "trânsito congestiona", ou seja, de pouco vale o melhor gerador de som, amplificador e alto-falantes. Os cabos são fundamentais em duas fases distintas: no transporte de enregia da bateria para a aparelhagem e no circuito de áudio propriamente dito, tanto de alto nível (dos amplificadores aos alto-falantes) quanto de baixo nível (do gerador de áudio ao amplificador). Na etapa de alimentação de força, é imprescindível a boa qualidade do isolamento e da condutibilidade do núcleo do cabo. O isolamento normalmente é de PVC e os melhores cabos vem com fiação de cobre de têmpera extra-mole, que garante flexibilidade e cobre mais puro. Os cabos de sinal de baixo nível - conhecidos como RCA, pelo tipo de conector geralmente utilizado - conduzem um sinal bastante fraco, de 100 mV até cêrca de no máximo 4 volts, com impedância comumente encontrada de 10.000 ohms. São sinais muito suscetíveis ao ruído induzido externamente e por isso a blindagem é um ponto chave de sua qualidade. Essa blindagem é realizada por meio de uma malha fina metálica e que normalmente é aterrada na saída do pré-amplificador. Por último, os cabos de alto-falantes, que conduzem os sinais de alto nível, já amplificados, são feitos com fios finos de cobre de alta pureza e devem ser bem dimensionados para não disperdiçar a potência gerada pelos módulos e prejudicar o fator de amortecimento do sistema. Uma forma simples para não arriscar com a perda provocada por cabos mal dimensionados é nunca utilizar bitolas menores que um mm2 (17 AWG) mesmo para tweeters, e procurar seguir uma tabela prática. [ad#quadrado-336x280] IMPEDÂNCIA E LIGAÇÕES DE FALANTES As saídas de áudio dos módulos de potência tem como principal característica de compatibilidade a chamada impedância. A impedância apresentada por um aparelho ou circuito elétrico, define a capacidade de oferecer uma maior ou menor dificuldade à passagem de corrente alternada e varia com a freqüência da corrente alternada aplicada. O módulo de potência é projetado para suportar uma impedância mínima, abaixo da qual ele corre o perigo de sobreaquecimento, podendo entrar em curto circuito e detruindo-se a si próprio e aos alto-falantes nele ligados. Dessa forma é importante, ao efetuar ligações de alto-falantes entre si, calcular a impedância resultante. As ligações de conjuntos de alto-falantes em série ou paralelo apresentam diferentes valores de impedância em relação aos falantes tomados isoladamente. A ligação em série caracteriza-se por unir os terminais dos alto-falantes como em uma cadeia: o negativo de um ligado ao positivo do próximo, e a potência ligada ao positivo do primeiro e ao negativo do último. [ad#quadrado-336x280] AJUSTE E EQUALIZAÇÃO O ajuste do sistema é uma tarefa das mais importantes, pois como já dissemos anteriormente, de nada vale equipamentos caros se não são corretamente aproveitados. Antes de iniciar qualquer tipo de ajuste, é necessário conferir se o equipamento está em ordem e em perfeito funcionamento. Todos os aparelhos e acessórios deverão encontrar-se bem conectados e com todas as suas funções operantes; os controles de tonalidade e balanço bem centrados; o controle de volume operando silenciosa e progressivamente, sem "trancos"; mesmo a volume baixo, não se deve ouvir roncos ou sibilos. Para alinhar o sistema, um roteiro usual é o seguinte: · Colocar um programa musical bem familiar e com riqueza de detalhes e volumes diferenciados. A partir de um volume baixo, avaliar a pureza do aúdio; progressivamente subir o volume até constatar o início de distorção. Qualquer sistema distorce a volumes altos, o problema consiste em avaliar se essa distorção não ocorre muito cedo e da forma como aparece, para posterior correção; · Uma forma de distorção ocorre quando os canais esquerdo ou direito mostram uma intensidade diferente em graves do que quando o áudio encontra-se centrado. Nesse caso é possível que tenha ocorrido alguma inversão acústica ou mesmo de ligações. A correção é simples: basta inverter uma das ligações dos Woofers (só uma, não as duas); · A imagem sonora deve ser predominantemente frontal. O som traseiro reflete mais a ambiência e não pode destacar-se, exceto o som do Sub-Woofer, que via de regra é não-direcional; O equilíbrio entre graves, médios e agudos é fundamental, sendo o aspecto mais difícil para conseguir-se o alinhamento sem um ouvido treinado, ou aparelhos specializados como o RTA - Real Time Analyser. Nessas condições vale um estreito conhecimento do material musical e paciência para o ajuste. Um sistema bem projetado e executado normalmente já é bem equilibrado, necessitando apenas de pequenos ajuste de tom. Somente os sistemas mais sofisticados, com muitos canais ativos, ficam realmente dependentes de equalizadores e analisadores profissionais. [ad#quadrado-336x280] PADRÕES PARA COMPETIÇÃO A popularidade das competições de som automotivo provocou o surgimento de diversas entidades e associações ligadas a esses eventos. Uma das mais conhecidas e bem atuante no Brasil é a IASCA- International Auto Sound Challenge Association. A IASCA padronizou diversos procedimentos e quesitos para o julgamento da qualidade e quantidade do áudio nos autos. Para isso distribui um manual destinado aos competidores e CDs de teste e afinação. É instrutivo, mesmo para quem não pretendo competir, conhecer os ítens que pontuam os melhores sistemas. São analisados: SPL - Sound Pressure level, Equalização, Qualidade de Som e Qualidade de Instalação. SPL: Para a avaliação do nível máximo de pressão sonora, é utilizada uma faixa do CD de teste como calibração de nível sonoro, sem preocupação com qualidade, ou seja admitindo-se distorção. A partir de 100 dB, cada dB a mais representa um ponto ganho. EQUALIZAÇÃO: A resposta em freqüência é medida ao longo da faixa audível através da faixa de ruído rosa. Cada desvio maior que 3 dB retira pontos do concorrente. QUALIDADE DE SOM A qualidade do som é verificada através dos seguintes parâmetros: · Staging: representa a capacidade do sistema de reproduzir o ambiente original do concerto, principalmente através do som frontal; · Imagem: mede a definição da imagem estéreo, colocando o ouvinte no centro do espetáculo, definindo bem a origem dos sons, esquerdo, direito e frontal, e proporcionando profundidade da imagem estéreo; · Separação de frequência: Característica de um som bem definido, sem empastelamento dos diferentes timbres instrumentais; · Ausência de ruído no sistema: Relação Sinal-Ruído com boas características, sem interferências ou ruídos dos acessórios, mecanismos de transporte, antena elétrica, etc.; AUSÊNCIA DE RUÍDO NO MOTOR: Sem interferências do sistema elétrico do motor, quando em funcionamento. · QUALIDADE DA INSTALAÇÃO: A criatividade, esmero e qualidade geral da instalação é julgada por ítens que levam em conta: · Integridade: Coerência do projeto, filosofia e montagem física; · Cabeação: Cabos com seções bem calculadas, terminais, proteção; · Ergonomia: Conforto, facilidade e manuseio seguro; · Detalhes: Cuidados na montagem, limpeza e adequação; · Criatividade: Novas idéias que justifiquem o desempenho conseguido, inovações em aspectos ainda não considerados por outros competidores. ALGUMAS RECOMENDAÇÕES: Nesta introdução ao assunto do som no carro vimos uma série de fenômenos acústicos que ocorrem no pequeno volume da cabine do automóvel, e salientamos alguns pontos importantes no desempenho de aparelhos de som automotívos. Podemos resumir algumas conclusões com respeito aos tópicos abordados: · O ruído presente tende a mascarar o sinal musical, principalmente nas freqüências mais baixas. É essencial considerar a adoção de materiais fono-absorventes e isolantes - manta asfáltica, de forma a limitar essa interferência; Uma equalização com reforço na banda dos graves ajuda a superar e tornar mais balanceada a resposta do áudio; · A imagem estéreo, devido às condições próprias do habitáculo, é uma meta de difícil consecução. É necessário, para cada tipo de auto, um estudo cuidadoso do posicionamento dos alto-falantes; · Existem picos apreciáveis na resposta em freqüência, principalmente ao redor de 150/250 Hz, devido ao tamanho do habitáculo e tipos de superfícies envolvidas. Para tornar a resposta mais plana a solução mais completa é o uso de equalizadores. · Um cuidadoso alinhamento do sistema, com alto-falantes bem posicionados, pode tornar mesmo um sistema dos mais simples, muito equilibrado e agradável de se ouvir. No mercado nacional vem se destacando excelentes revistas sobre o assunto. Para conhecer melhor sobre instalações, sugerimos acompanhar as reportagens que tem surgido nos melhores periódicos, como: Revista Quatro Rodas: Edição Som, Som e Carro, Audio Car. Nesta série, contamos com ajuda de publicações dos cursos de instalação realizados pelo Prof. Homero Sette e o Técnico Diógenes Cerântula, campeão nacional do Sound Pressure Level - SPL. Os lançamentos mais recentes de aparelhos no mercado mostram sofisticação crescente: maior potência em amplificação, toca-CDs com proteção contra saltos, reprodutores de mini-discs, etc. O som no automóvel já vai atingindo a maturidade e, quem sabe, logo teremos a possibilidade de aparelhos DVD com Dolby Digital, tocando cinco canais. Dessa forma, e desde a chegada no mercado brasileiro dos projetos mundiais mais sofisticados, já atingimos um nível de áudio para o automóvel com uma qualidade plenamente satisfatório até mesmo para o aúdiófilo bem exigente. [ad#quadrado-336x280]

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