· 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,
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.
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 ?
O SOM NO AUTOMÓVEL
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.
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.
