1. Pgina 101 - SLEW RATE - UMA ESPECIFICAO FUNDAMENTAL- Slew-rate, ou taxa de variao, uma especificao das mais importantes em amplificadores eem qualquer circuito de udio, tais como processadores, mesas de som, etc., porm em amplificadoressua importncia maior, devido s altas amplitudes geradas.02 - ALTO-FALANTES - MEDIO DOS PARMETROS T&S- Audioespresso mstra como medir os parmetros Thiele & Small utilizando aparelhos simples.03 - REATIVOS E OS AMPLIFICADORES DE POTNCIA- As cargas reativas prprias dos alto-falantes alteram e em muito as caractersticas dosamplificadores de potncia. Marcelo Henrique M. de Barros explica aos leitores do udio espresso comoacontece isso e as consequncias.04 - AMPLIFICADORES DE POTNCIA- Como a melhor medida de potncia? Quais so os tipos mais comuns de amplificadores? Deque forma calcular a potncia de que se precisa? Estes assuntos tecnicamente complexos so tratadospelo Eng. Rosalfonso Bortoni de uma forma simples, porm completa. Uma leitura obrigatria para ostcnicos e entusiastas.05 - O SOM NO AUTOMVEL- Para quem quer conhecer um pouco mais sobre a sonorizao do automvel, Audio espressomostra alguns conceitos bsicos do assunto, enfatizando principalmente a importncia da acstica e oque fazer para obter o melhor rendimento da aparelhagem06 - A FORMAO DE UM BOM CONJUNTO DE AUDIO- Audio espresso explica passo a passo como pode ser feita a escolha dos equipamentos para,alm de realizar o melhor negcio, manter o necessrio equilbrio entre os fatores que mais influenciamno resultado snico: equipamento, sala de audio e interconexes.07 - SONOFLETORES - DIMENSIONAMENTO E CLCULO DA RESPOSTA- Audio espresso mostra como realizar o clculo de caixas acsticas utilizando as tcnicasensinadas pelos pesquisadores Thiele & Small.08 - CAIXAS ACSTICAS - TCNICAS DE CONSTRUO- Conhea as melhores tcnicas para a construo das suas caixas acsticas. (01/06/96)09 - CONSTRUO DE DIVISORES DE FREQUNCIA- Voc sabe como construir divisores de frequncia para empregar em casa ou no carro? Vejacomo os tcnicos calculamImagem estereofnica

2. Pgina 2A imagem esterofnica consiste na sensao espacial do som, permitindo ao ouvinte localizar todos osinstrumentos e vozes no espao tridimensional. atravs da imagem estereofnica que recriamos, noambiente de audio, a sensao plena de estarmos participando de uma audio ao vivo. A percepo daimagem estereofnica, que a "visualizao" auditiva da disposio das fontes sonoras no espao, depende dacapacidade que nossos ouvidos tm de reconhecer de onde est vindo determinado som. Isto possvel graasao efeito binaural, ou seja, a audio com dois ouvidos. O fato do som no chegar simultaneamente aos doisouvidos, nos permite localizar no espao a fonte sonora mesmo quando no a estamos vendo.A obteno de uma imagem estereofnica perfeita, atravs do emprego de alto-falantes adequadosbem como do seu correto posicionamento dentro do veculo, permite vivenciar uma emocionante experinciasonora. No mais nos limitaremos a ouvir os sons, porm passaremos a "v-los" como se estivssemosouvindo a gravao ao vivo.Estresse x msicaSistemas com distoro, excesso de rudos e falta de linearidade nas frequncias causa fadiga auditivapodendo aumentar mais ainda o estresse do trnsito.Palavras da musicoterapeuta Maristela Smith:" Quanto melhor a qualidade do som, melhor a interao com a msica. Um sistema de udio que dao usurio a sensao de que se est diante de um concerto ao vivo um belo passo para quem quer evitar oestresse.""No basta ouvir, preciso escutar a msica.""Qualquer tipo de msica pode combater o estresse do trnsito, do Heavy metal ao clssico" - cadaum tem sua individualidade musica l.Como escolher seus aparelhos na hora da compra.- Geradores (Toca-fitas, CD-Players...)Verifique sua resposta de frequncia, ela deve ser a mais plana possvel entre 20Hz e 20.000Hz, isto ,deve amplificar a msica com o mesmo ganho em toda a faixa de frequncia audvel;Verifique sua potncia RMS, contnua a 4 Ohms com baixa distoro;Verifique sua distoro harmnica (THD), distoro acima de 1% pode causar fadiga; 3. Pgina 3Toca-fitas: Funes como procura por incio de msica, Dolby B, alto reverse e controleremoto so muito prticas.Verifique a tenso de sada dos conectores RCA, quanto maior a tenso, mais imune a rudos vai serseu sistema, d preferncia aos aparelhos que forneam 2Volts ou mais nas sadas RCA;Ateno: A linha Pioneer anterior a 99 (bem como outras marcas) possui cerca de 17 W RMS em 4Ohms, 50 a 15.000Hz com distoro abaixo de 5% THD. 35 W RMS a potncia mxima com distoromaior que 5%. !!!A nova linha Pioneer 99 com circuitos MOSFET fornece 27W RMS e 45W mximos;- THD a distoro causada pela ocorrncia espontnea de harmnicos adicionaisno desejados durante a amplificao. Essa distoro poder ser notada pelo ouvido, afetando osom produzido, deixando-o menos natural. A distoro no pode sertotalmente suprimida, j que um fator prprio dos circuitos eltricos de processamento desinais. Esse fenmeno indesejvel pode ser mantido em nveis mnimos nos sitemas de som que soprojetados com qualidade.THD 4. Pgina 4SOBRE A NECESSIDADE DE INTRODUZIR UMA NOVA ESPECIFICAO- Slew-rate, ou taxa de variao, uma especificao das mais importantes em amplificadores eem qualquer circuito de udio, tais como processadores, mesas de som, etc., porm em amplificadores suaimportncia maior, devido s altas amplitudes geradas. A no observncia de um valor mnimo deslew-rate pode ocasionar distores bastante desagradveis.- O termo slew-rate originou-se da teoria dos amplificadores operacionais[3], assim que tornou-seclara a necessidade de conhecer a rapidez com que estes circuitos poderiam lidar com os sinais eltricosde grande amplitude.- Nos dias atuais surgiu uma certa controvrsia, entre autores, quanto ao uso do termo "slew-rate"; alguns[5] sugerindo que fosse substitudo pela quantidade, de fato mais direta, "slew-limit". Mascomo "slew-rate" j se encontra bem difundido e para evitar possveis confuses, omitiremos aquantidade "slew-limit" em favor da mais conhecida "slew-rate".- Em nossa descrio, faremos uso de ferramentas matemticas to simples quanto possveis[1]. -Para um leitor mais apressado ou no interessado nestas definies, sugiro ir direto ao tpico 3FUNDAMENTOS ACERCA DA TAXA DE VARIAO- Antes de qualquer coisa necessrio entender o que significa taxa de variao no seu sentidomatemtico. Trata-se de um conceito simples mas importante, que faz parte do nosso dia-a-dia. Comoexemplo, devemos considerar que a velocidade de um automvel expressa como uma taxa de variao,tal como v = 100km/h Ela significa que a cada hora o automvel varia 100km em sua posio. Uma formamais elucidativa a interpretao geomtrica. Podemos assim dizer que o espao s (distncia percorridaneste caso) varia como uma funo do tempo t, neste caso 100km a cada 1h.E podemos expressar por v = S/T , onde significavariao Diz-se que a velocidade a taxa de variao temporaldo espao, ou a taxa de variao do espao com respeito aotempo. Pode ainda ser pensada como a inclinao exibida pelogrfico espao-tempo. No caso deste exemplo, tudo muitosimples, pois que a funo linear, ou seja, o grfico umareta, assim basta substituirv = (vfinal - vinicial)/(tfinal - tinicial) = 100km/1h = 100km/h 5. Pgina 5O que conduz ao resultado familiar de 100km/h, uma taxa claramente constante ao longodo tempo. Lembre-se que a funo linear, ou seja, seu grfico uma reta.Podemos estender o mesmo raciocnio para sinais eltricos. Vamos assim supor um sinal de testedo tipo senoidal, ou aproximadamente, um tom de flauta doce, examinado ao osciloscpio. A imagemque vemos no osciloscpio nada mais do que a representao temporal da tenso (ou seja um grficotenso-tempo).Vemos que ela variasinusoidalmente ao longo dotempo, e podemos provar queela exatamente uma funodo tipo seno/cosseno, ou umacombinao linear de funesdesse tipo. Mas, o maisimportante agora perceberque sua taxa de variao no mais linear, mas varia de ponto a ponto, ao longo do tempo, e isso nosimpede de utilizar (1.1) a fim de calcul-la.- Porm, lanando mo de ferramentas matemticas poderosas, como o clculo diferencial[1],podemos faz-lo com muita facilidade. Veremos o processo. Consideremos um trecho do grfico.Estamos interessados em conhecer a taxa de variao em um nico ponto. O grfico no uma reta, assimcomo medir a inclinao de algo que , essencialmente, curvo?A tcnica consiste em se traar uma reta que toca o grfico num nico ponto, o ponto que estamosinteressados. A essa reta d-se o nome de reta tangente ao grfico no ponto em questo.A inclinao destareta tangente pode ser entocalculada da maneira usual,fornecendo assim, a taxa devariao instantnea da curva,num dado ponto. Observeque no mais possvel falarem taxa de variao apenas,mas em taxa de variaoinstantnea, pois que para cada ponto da funo teremos um valor diferente. A tcnica de se traar retastangentes a curvas foi descoberta, pela primeira vez, no sculo XVII, por Sir Isaac Newton e consiste noseguinte processo matemtico. 6. Pgina 6Dada uma certa curva, representada por uma certa funo f, estamos interessados em conhecer ataxa de variaoinstantnea (ou inclinao)da curva num certo pontot, genrico.Traamos umareta atravs deste ponto t ede um outro ponto, umpouco adiante, quechamaremos t+ t ( t um pequeno acrscimo). Aesta reta, que fornece a taxa de variao mdia, chamaremos reta secante. A taxa de variao (slew-rate)da reta secante , pela expresso usual (1.1):- Contudo, esta no uma boa aproximao para a taxa de variao em t, pois ela compreendeuma regio relativamente grande. Se diminuirmos progressivamente o acrscimo t, aumentaremos apreciso cada vez mais e chegaremos, no limite em que t se aproxima de zero , na inclinao da retatangente, pois o ponto t estar infinitamente prximo de t, e assim poderemos, com segurana garantirque, [t, f(t)] e [ t, f( t)] quase se tocam.Matematicamente o processo :Onde SR a taxa de variao instantnea da curva no ponto t. A operao chamada derivada de f com respeito a t. Aplicando o operador derivada ao sinal senoidal de teste dotipo u(t) = A sen(wt),(que nada mais do que a representao matemtica do sinal de teste da figura 2,onde A representa a amplitude, w a freqncia angular e t o tempo), podemos encontrar todas as taxasde variao possveis para esta funo:d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w- No provaremos a passagem d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w, mas o processo essencialmente odescrito em (1.3); (aos interessados lembramos que aqui foi utilizada a regra da cadeia do clculodiferencial[1], razo pela qual surge um w fora da funo).- Se d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w podemos facilmente encontrar a maior taxa de variao possvel, jque a funo cosseno peridica e tem inclinao mxima (ou mnima) em 0, , 2,... (ou seja, em c/ c/ ), e esse valor mximo sempre unitrio (1 ou -1); assimu(t) = A sen(wt)d[u(t)]/dt = A cos(wt)wComo o cosseno tem valor mximo em 0, , 2,..., fazemos t = 0, assim o fator cos(wt) =1, e substituindo temos: 7. Pgina 7SR = d[u(t)]/dt = Aw ; em t = 0Como w = 2f, a equao fica:SR (Amax, fmax) = Amax 2fmax (1.4)Sendo Amax a amplitude mxima do sinal de teste e fmax a maior freqncia deste sinal. Assim(1.4) representa a maior taxa de variao (slew-rate) possvel para uma tenso que varia sinusoidalmentecom o tempo, em funo da amplitude e da freqncia- Consideremos um trecho do grfico. Estamos interessados em conhecer a taxa de variao emum nico ponto. O grfico no uma reta, assim como medir a inclinao de algo que , essencialmente,curvo?A tcnica consiste em setraar uma reta que toca ogrfico num nico ponto, oponto que estamos interessados.A essa reta d-se o nome de retatangente ao grfico no ponto emquesto. A inclinao desta retatangente pode ser entocalculada da maneira usual,fornecendo assim, a taxa de variao instantnea da curva, num dado ponto.- Observe que no mais possvel falar em taxa de variao apenas, mas em taxa de variaoinstantnea, pois que para cadaponto da funo teremos umvalor diferente. A tcnica de setraar retas tangentes a curvasfoi descoberta, pela primeira vez,no sculo XVII, por Sir IsaacNewton e consiste no seguinteprocesso matemtico.Dada uma certa curva,representada por uma certafuno f, estamos interessados em conhecer a taxa de variao instantnea (ou inclinao) da curva numcerto ponto t, genrico.Traamos uma reta atravs deste ponto t e de um outro ponto, um pouco adiante,que chamaremos t+t (t um pequeno acrscimo). A esta reta, que fornece a taxa devariao mdia, chamaremos reta secante. A taxa de variao (slew-rate) da reta secante , 8. Pgina 8pela expresso usual (1.1):(1.2)Contudo, esta no uma boa aproximao para a taxa de variao em t, pois ela compreendeuma regio relativamente grande. Se diminuirmos progressivamente o acrscimo t, aumentaremos apreciso cada vez mais e chegaremos, no limite em que t se aproxima de zero, na inclinao da retatangente, pois o ponto t estar infinitamente prximo de t, e assim poderemos, com segurana garantirque, [t, f(t)] e [t, f(t)] quase se tocam.Matematicamente o processo :- Onde SR a taxa de variao instantnea da curva no ponto t. A operao d[f(t)]/dt chamadaderivada de f com respeito a t.- Aplicando o operador derivada ao sinal senoidal de teste do tipo u(t) = A sen(wt),(que nadamais do que a representao matemtica do sinal de teste da figura 2, onde A representa a amplitude, w a freqncia angular e t o tempo), podemos encontrar todas as taxas de variao possveis para estafuno:d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w- No provaremos a passagem d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w, mas o processo essencialmente odescrito em (1.3); (aos interessados lembramos que aqui foi utilizada a regra da cadeia do clculodiferencial[1], razo pela qual surge um w fora da funo).Sed[sen(wt)]/dt = cos(wt)wpodemos facilmente encontrar a maior taxa de variao possvel, j que a funo cosseno peridica etem inclinao mxima (ou mnima) em 0, p, 2p,... (ou seja, em hp c/ h N), e esse valor mximo sempreunitrio (1 ou -1); assimu(t) = A sen(wt) d[u(t)]/dt = A cos(wt)w 9. Pgina 9- Como o cosseno tem valor mximo em 0, p, 2p,..., fazemos t = 0, assim o fator cos(wt) = 1, esubstituindo temos:SR = d[u(t)]/dt = Aw ; em t = 0- Como w = 2pf, a equao fica:SR (Amax, fmax) = Amax 2pfmax (1.4)Sendo Amax a amplitude mxima do sinal de teste e fmax a maior freqncia deste sinal. Assim(1.4) representa a maior taxa de variao (slew-rate) possvel para uma tenso que varia sinusoidalmentecom o tempo, em funo da amplitude e da freqncia.Consideremos um trecho do grfico. Estamos interessados em conhecer a taxa de variao em umnico ponto. O grfico no uma reta, assim como medir a inclinao de algo que , essencialmente,curvo?- A tcnica consiste em setraar uma reta que toca ogrfico num nico ponto, oponto que estamosinteressados. A essa reta d-seo nome de reta tangente aogrfico no ponto em questo.A inclinao desta retatangente pode ser entocalculada da maneira usual,fornecendo assim, a taxa devariao instantnea da curva,num dado ponto.Observe que no mais possvel falar em taxa de variao apenas, mas em taxa de variaoinstantnea, pois que para cada pontoda funo teremos um valor diferente.A tcnica de se traar retas tangentes acurvas foi descoberta, pela primeiravez, no sculo XVII, por Sir IsaacNewton e consiste no seguinteprocesso matemtico.Dada uma certa curva,representada por uma certa funo f,estamos interessados em conhecer a taxa de variao instantnea (ou inclinao) da curva num certoponto t, genrico.Traamos uma reta atravs deste ponto t e de um outro ponto, um pouco adiante,que chamaremos t+t (t um pequeno acrscimo). A esta reta, que fornece a taxa devariao mdia, chamaremos reta secante. A taxa de variao (slew-rate) da reta secante ,pela expresso usual (1.1): 10. Pgina 10Contudo, esta no umaboa aproximao para a taxa devariao em t, pois ela compreendeuma regio relativamente grande.Se diminuirmos progressivamenteo acrscimo t, aumentaremos apreciso cada vez mais echegaremos, no limite em que t seaproxima de zero, na inclinao dareta tangente, pois o ponto t estar infinitamente prximo de t, e assim poderemos, com seguranagarantir que, [t, f(t)] e [t, f(t)] quase se tocam.Matematicamente o processo :- Onde SR a taxa de variao instantnea da curva no ponto t. A operao d[f(t)]/dt chamadaderivada de f com respeito a t.- Aplicando o operador derivada ao sinal senoidal de teste do tipo u(t) = A sen(wt),(que nadamais do que a representao matemtica do sinal de teste da figura 2, onde A representa a amplitude, w a freqncia angular e t o tempo), podemos encontrar todas as taxas de variao possveis para estafuno:d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w- No provaremos a passagem d[sen(wt)]/dt = cos(wt)w, mas o processo essencialmente odescrito em (1.3); (aos interessados lembramos que aqui foi utilizada a regra da cadeia do clculodiferencial[1], razo pela qual surge um w fora da funo).Sed[sen(wt)]/dt = cos(wt)wpodemos facilmente encontrar a maior taxa de variao possvel, j que a funo cosseno peridica etem inclinao mxima (ou mnima) em 0, p, 2p,... (ou seja, em hp c/ h N), e esse valor mximo sempreunitrio (1 ou -1); assimu(t) = A sen(wt) d[u(t)]/dt = A cos(wt)w- Como o cosseno tem valor mximo em 0, p, 2p,..., fazemos t = 0, assim o fator cos(wt) = 1, esubstituindo temos: 11. Pgina 11SR = d[u(t)]/dt = Aw ; em t = 0Como w = 2pf, a equao fica:SR (Amax, fmax) = Amax 2pfmax (1.4)- Sendo Amax a amplitude mxima do sinal de teste e fmax a maior freqncia deste sinal. Assim(1.4) representa a maior taxa de variao (slew-rate) possvel para uma tenso que varia sinusoidalmentecom o tempo, em funo da amplitude e da freqnciaAPLICANDO AS DEFINIES- A expresso (1.4) nos revela que o slew-rate uma funo a duas variveis e estas variveisesto intimamente relacionadas a dois fatores essenciais em amplificadores:1. A mxima amplitude do sinal.2. A maior freqncia possvel (ou largura de banda). Essas dependncias podem ser facilmenterelacionadas pela expresso (1.4).- necessrio que os circuitos eltricos que iro processar o sinal sejam capazes de manipularessas variaes no tempo, mais precisamente, que eles sejam suficientemente rpidos para no alteraremo sinal original. Na figura 6 podemos ver como um sinal modificado por um circuito que possua umslew-rate inferior aodo prprio sinal.Caso a taxa devariao do sinal a seramplificado/processado seja maior do que ataxa mxima devariao do circuito,teremos o que seusualmente se chamade distoro porlimitao do slew-rate. A forma originalda onda tende a umformato triangular, como pode ser visto na figura, e componentes que no existiam no sinal original irose somar e aparecer na sada. A superposio (combinao linear) da fundamental com os componentesharmnicos iro formar a onda distorcida e esta pode ser extremamente desagradvel para os ouvidos. Acondio para que isso no ocorra - Internacionalmente, adota-se como um bom padro de engenharia uma SR quatro vezessuperior ao que seria matematicamente necessrio. 12. Pgina 12No mostraremos aqui porque os circuitos amplificadores so limitados em termos de taxa de variao.Esta anlise exige alguma teoria de circuitos eltricos e no nossa inteno no momento.- Ao invs disso, vamos apontar as conseqncias mais diretas desse tipo de distoro e aimportncia de se ter valores apropriados de slew-rate, a fim de evitar esses transtornos. Essencialmente,as necessidades no sero sempre as mesmas j que, como vimos, a SR exibe uma dependncia com aamplitude mxima e com a freqncia mxima a ser respondida pelo amplificador (ou outroequipamento qualquer de udio). Veremos alguns exemplosExemplo 1:- Um amplificador tem que responder, para que atinja sua potncia mxima, a uma amplitude de10Vp e possui uma SR = 0,5V/us. Qual a maior freqncia com que ele poder trabalhar sem exibirdistoro por limitao de slew-rate?A condio dada por (2.1):E podemos manipular (1.4) para obteronde as dimenses so:slew-rate em Volts/microsegundo: [SR] = V/us,amplitude mxima = tenso de pico em Volts: [Vp] = Ve freqncia em Hertz: [f] = Hz.O fator 10^6 que aparece no numerador necessrio para que se possa exibir o resultado nasunidades usuais. Inserindo estes valores em (2.2), obtemos:Vemos assim que esse amp no poder responder (em 10Vp) a nenhum sinal com freqnciamaior do que 7,96kHz sem sofrer distoro. O procedimento inverso tambm vlido, pois podemosfixar a largura de banda que julgarmos conveniente e calcular qual a amplitude mxima teramosdisponvel, sem distoro, na sada. Manipulando (2.2), obtemos:Supondo que uma largura de banda de 20kHz nos seja apropriada. Assim como antes, inserimosos valores em (2.3) para obter:- No podemos utilizar este amp com uma tenso de sada maior do que 3,98Vp, sob pena deexistir distoro no sinal de sada; isto claro, se quisermos utiliz-lo at uma freqncia de 20kHz.Vamos agora aplicar estes resultados a amplificadores tpicos do udio profissional.Exemplo 2:- Um amp de 1.000Wrms/canal @ 2W ser utilizado num trabalho full-range, com bandapassante de 20kHz. Qual a slew-rate necessria? 13. Pgina 13Se ele desenvolve 1.000Wrms @ 2W, ento devemos calcular a amplitude mxima de um sinal deteste senoidal presente em sua sada. Manipulando a lei de Ohm, obtemos:No entanto a tenso assim obtida a tenso eficaz ou rms. Nesse caso, nos interessa a tenso depico (lembrando que as tenses medidas em multmetros comuns sempre so 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, recomendado que esse valor mnimo seja multiplicado por 4, obtendoassim: 31,7V/us, mas acredito que o dobro j seja o suficiente para garantir total ausncia de distoropor limitao de slew-rate, assim ~15V/us j seria um timo valor.- Atravs destes exemplos fica claro que slew-rate no uma especificao do tipo "quanto mais,melhor", basta termos um valor coerente com a aplicao a que se destina o amp (funo da amplitudemxima e da freqncia mxima). Um eventual acrscimo no carecer de qualquer significao[2].- Tabelas podero ser elaboradas pelos leitores a fim de verificar a melhor faixa de atuao deseus amps, bem como conferir as especificaes de um novo equipamento a ser adquirido, para certificar-se que o mesmo se adequar as suas necessidades. Para tanto, basta utilizar as frmulas que foram aquideduzidas, consultar os exemplos resolvidos e praticar um pouco de matemtica.- Para finalizar, devo acrescentar que verifiquei, ao longo de algum tempo, que em algunscomerciais e artigos envolvendo amplificadores tem-se dito que um certo amp possua um alto slew-ratepor empregar uma baixa (ou alta) taxa de realimentao negativa. Esse argumento, naturalmente, nopossui o menor fundamento. Neste artigo no daremos uma demonstrao rigorosa (quem sabe numartigo futuro), mas podemos, qualitativamente, analisar o fato.- A realimentao negativa no tem como interferir na taxa de variao ou na largura de faixapara grandes sinais[4]. At que a tenso de sada varie, no h sinal de realimentao e nenhum benefcio(ou sacrifcio) devido realimentao negativa pode ser obtido. Esse simples raciocnio pode serreforado com a idia de que a malha de realimentao s pode amostrar um evento que j ocorreu!Assim a realimentao negativa, to necessria em outros aspectos, tem pouca influncia no domniotemporal. 14. Pgina 14INTRODUO- Antes de iniciar um projeto de construo de sonofletores necessrio conhecer os parmetros maisimportantes do falante que definem o seu comportamento em baixas freqncias.Esses parmetros, conforme definidos pela teoria de Thiele-Small, so:Vas = Volume equivalente do falanteQts = Fator de Qualidadefs = freqncia de ressonncia.- Estas grandezas costumam apresentar bastante variao entre marcas e modelos diferentes defalantes, mesmo entre os de igual dimetro e freqncia de ressonncia. Como os projetos de caixas acsticasso sensveis a mudanas (mesmo reduzidas) nestes parmetros no conveniente iniciar algum projeto semhaver antes determinado os valores destas grandezas.- Tambm necessrio medi-los quando se pretende usar projetos de construo j prontos e paraos quais no haja indicao precisa do modelo e marca do falante apropriado. Nesses casos, conhecendo osparmetros Vas, Qts e Fs, possvel a adaptao do projeto para extrair o mximo de suas caractersticas.- O emprego em um projeto de qualquer outro falante que no o corretamente especificado atravsdo uso dos parmetros Thiele-Small, invalida os dados da construo e arrisca os resultados a serem obtidos.Um pouco de teoria- Os parmetros j referidos foram derivados das constantes eletromecnicas dos falantes parafacilitar a anlise das caractersticas dos diferentes falantes, e no podem ser medidos diretamente porinstrumentos, excetuando-se a freqncia de ressonncia.- Portanto necessitamos antes determinar outras grandezas e obter Vas e Qts atravs de clculosposteriores. Para a determinao de Vas a primeira grandeza a ser medida a complincia mecnica, Cms .- A complncia mecnica corresponde ao inverso do que se poderia chamar de rigidez mecnica,grosseiramente correspondendo ao que se poderia chamar de maior ou menor facilidade de movimentao dodiafragma do falante. A complincia mecnica Cms calculada atravs da aplicao de uma fora conhecidasobre o cone do falante e medindo-se o deslocamento resultante.- O valor de Cms dado pela relao entre esse deslocamento e a fora aplicada, esta podendo serobtida por meio de uma massa conhecida colocada sobre o diafragma do falante, mantendo-se este nahorizontal e com o eixo orientado verticalmente.Cms = deslocamento/foraou:Cms = X/ (9,8 x M)onde: X = deslocamento em metrosM = massa adicionada em quilogramas 15. Pgina 15- A partir da complincia mecnica Cms possvel calcular a complincia acstica Cas, quecorresponde ao valor de Cms multiplicado pelo quadrado da rea efetiva do diafragma, ou seja:Cas = Cms x Sd2onde Sd corresponde area efetiva do cone do falante, sendo calculada por meio de seu dimetro:Onde d = dimetro do cone do falante.Conhecendo Cas, calcula-se o volume equivalente por:onde: Vas = Volume equivalente em metros cbicos= Densidade especfica do ar (1,18 Kg/m3)c= Velocidade do som no ar (aproximadamente 345m/s)- Existe outro mtodo muito empregado para o clculo de Vas, o qual consiste no emprego de umacaixa de volume conhecido. Primeiramente mede-se a ressonncia do falante ao ar livre e posteriormente nacaixa. Este tipo alternativo de determinao de Vas ser explicado pormenorizadamente mais adiante etorna-se til inclusive para verificao do acerto das medies tomadas pelo primeiro mtodo.Muitosautores recomendam este mtodo por ser considerado mais preciso.J o valor de Qts calculadoatravs do levantamento de pontos dacurva de impedncia do falante. Aps adeterminao da freqncia deressonncia fs procuram-se duas outrasfreqncias, f1 e f2, uma acima e outraabaixo de fs. Veja a figura 1, que mostra acurva caracterstica de um falante nasvizinhanas da ressonncia.Vamos precisar das seguintes definies:Re: resistncia corrente contnua da bobina mvel;Rs: impedncia (valor anlogo resistncia, porm em corrente alternada) do falante nafreqncia de ressonncia fs;f1: freqncia abaixo de fs;f2: a freqncia acima de fs;As freqncias f1 e f2 so aquelas nas quais a impedncia do falante vale:O fator de qualidade Qts pode ser dividido em duas partes distintas, uma dependente degrandezas mecnicas:Qms: fator de qualidade mecnico, e outra dependente de grandezas eltricas;Qes: fator de qualidade eltrico.O valor de Qms obtido por: 16. Pgina 16O valor de Qes definido por:Para obtermos Qts podemos relacionar Qms e Qes da seguinte forma:Portanto, teremos o indice de mrito total, Qts dado por:ROTEIRO DE MEDIESDeterminao da complincia mecnica Cms- Obtm-se a complincia mecnica medindo-se a excurso do cone entre a posio de repouso ea posio para a qual o cone deslocado com a adio de uma massa conhecida.- Esta massa pode ter de 0,25 kg at 0,50 kg, usando-se por exemplo pesos de lato. A excursono deve ser demasiado grande, para no ser atingida a regio no linear da suspenso, sendo de nomximo 0,5 cm para falantes grandes e de 0,2 ou 0,1 cm para falantes menores. No devem ser usadospesos de metal ferromagntico, pois isto perturbaria a medida.A partir da medida feita com um paqumetro, podemos calcular:Cms = dX/ (9,8 x dM)onde:dX = deslocamento em metrosdM = massa adicionada em quilogramasDeterminao da freqncia de ressonncia (fs)Usa-se nesta medida um oscilador,um milivoltmetro de udio e ainda umaresistncia de aproximadamente 500 ohms a1 kohm conectada entre o oscilador e oaltofalante em teste. A resistncia usadapara transformar a sada do oscilador,quando sob carga, em uma fonte decorrenteconstante. Veja o arranjo na figura 2O alto falante deve, de preferncia, encontrar-se em rea livre, sem paredes ou cho a menos de1metro de distancia. Nestas condies faz-se uma varredura em torno das freqncias onde se acreditaestar a ressonncia e efetuada a leitura da freqncia em que o voltmetro apresente o maior valor. Esta a freqncia de ressonncia fs do alto falante.Determinao do fator de qualidade (Qts)Para o clculo de Qts necessrio primeiramente calcular ovalor de resistncia da bobina mvel.Esta medida pode ser tomada por um 17. Pgina 17ohmmetro comum. Chamaremos a este valor de Re.Montamos agora o circuito da figura 3.Para a freqncia de ressonncia fs anota-se o valor da corrente e da tenso presentes. convenientemanter a tenso em 1 volt, que um valor padro para este tipo de medio.Calcula-se agora a impedncia Rs do falante na ressonncia.Rs=Vs/Is, onde:Vs= Valor da tenso nos terminais do falante na ressonncia, em volts;Is= Valor da corrente absorvida pelo falante, em amperes.Agora, vamos achar as freqncias f1 e f2 para as quais a impedncia do falante seja:sendo f1 menor que f2Como I = V/R, ento a corrente esperada nos pontos f1 e f2 ser:Se mantivermos V= 1volt durante o transcorrer desta medio ento bastar achar as freqnciasf1 e f2 para as quais a corrente seja:A tenso no necessita ser obrigatoriamente a especificada acima, porm muito importante queseja exatamente sempre a mesma ao variar o oscilador entre fs , f1 e f2. Durante a varredura defreqncias a tenso tende a variar bastante, portanto importante estar atento.Calcula-se Qts por:Os valores de f1 e f2 obtidos devem satisfazer igualdade:Em caso de discrepncia conveniente repetir o processo at ter-se certeza dos valores medidos.Note que o clculo de fs a partir da frmula acima mais preciso do que a medio direta. Isto aconteceporque a indicao do voltimetro varia relativamente pouco nas vizinhanas de fs, induzindo a errofacilmente. Portanto em caso de dvida adote o valor de fs calculado.Determinao do volume equivalente (Vas)Vas pode ser determinado por dois mtodos diferentes: a) Atravs de CmsSendo:onde:Cas= complincia acstica;Cms= complincia mecnica;Sd = rea efetiva do coneeonde:= densidade do ar (1,18 kg/m3);c = velocidade do som no ar (aproximadamente 345 m/s)Para a aplicao destas frmulas s nos falta medir Sd. A rea efetiva do cone dada por: 18. Pgina 18onde d o dimetro efetivo do cone.O dimetro efetivo d medido diametralmente de um ao outro lado do cone, tendo-se o cuidado detomar a medida a partir dos centros da borda flexvel que prende o cone carcaa do alto- falante.Portanto, a frmula para o clculo de Vas que ser usada :ou, aplicando os valores das grandezas, e sendo X=X2-X1:onde: X2 - X1 o deslocamento medido do cone de cm;M a massa adicionada ao cone;d o dimetro efetivo medido do coneb) ATRAVS DE MEDIDAS TOMADAS COM O USO DE UMA CAIXA DE VOLUME CONHECIDO.Esta srie de medies poder ser feita com a ajuda de uma caixa fechada ou sintonizada a uma freqnciadeterminada. Neste exemplo vamos utilizar uma caixa fechada.Dispondo-se de uma caixa bem selada, sem qualquer revestimento interno, com volumeconhecido Vb, que esteja entre 20 e 50 litros, deve-se repetir os clculos dos valores da freqncia deressonncia, a qual chamaremos agora de fb e do seu fator de qualidade, que chamaremos de Qtb.Calculamos Vas por:Outra frmula mais simplificada que pode ser usada :Nesta frmula estamos supondo que o valor das massas acsticas envolvidas no variousubstancialmente ao ar livre e na caixa, simplificao essa que introduz um certo erro no clculo, mas quepor outro lado, facilita a medio.Ressalte-se que, para esta medio o altofalante ser posicionado na caixa em um orifcio detamanho coerente com o seu dimetro e deve ser mantido bem pressionado contra esta, a fim de seremevitadas as fugas de ar. No se deve esquecer de considerar a influncia do volume do alto-falante emrelao ao volume da caixa. Assim, se este estiver por dentro do orifcio do painel o volume estimado domesmo ser subtrado do volume da caixa.VERIFICAO DAS MEDIDAS- Se na medio anterior foram usados tanto o mtodo a quanto o mtodo b, isto ser til para averificao da correo das demais medies.Calcula-se novamente Vas atravs da frmula acima, cujo resultado deve coincidir com o valor anterior.- Discrepncias menores que 10% no necessitam ser levadas em conta. Para discrepncias maioresrecomenda-se refazer as medies.Ressalte-se que pelo mtodo b obtem-se os valores mais precisos pois a medida do dimetro efetivo do coneno to fcil quanto possa parecer princpio, tornando pois os valores calculados mais sujeitos a erros. 19. Pgina 19- A esse respeito importante observar que um erro qualquer na medida de d amplificado de 4vezes ao ser calculado o valor de Vas.EXEMPLO DE MEDIES E CLCULOS- Para exemplificar o mtodo exposto, vamos utilizar um falante de vinte centmetros, comumenteencontrado no comrcio. O equipamento usado pelo autor nesta medio constou de um gerador de udiodigital, multmetro, paqumetro e um amplificador de udio, para aumentar o nvel de sinal.Medio da resistncia da bobina mvelAparelho usado: Multmetro;Valor medido: Re = 5,9 ohmsMedio da freqncia de ressonnciaAparelhos usados: gerador de udio, multmetro (escala 2 V, alternada) e resistncia de470Circuito usado:conforme a figura 2.Valor medido: fs = 52 Hz- O valor de fs encontrado nesta medio serve mais como referncia, uma vez que o mtodousado no apresenta muita preciso. Neste exemplo o valor da freqncia pode ser variado de 51 a 53 Hzsem alterao significativa do valor mostrado pelo voltmetro.Obteno de QtsAparelhos usados: gerador, multmetro (escala 10 V alternada), outro multmetro (escala 250 mA,alternada),Circuito utilizado:conforme a figura 3.Valores medidos: Na freqncia de 52 Hz, com o voltmetro ligado diretamente nos bornes dofalante (para evitar a interferncia da queda interna do aparelho usado como miliampermetro) emedindo 1V foi lida a corrente de 35,5 mA.Durante esta leitura pode-se aproveitar para validar o valor de fs , pois na freqncia deressonncia, ao manter-se a tenso constante, o valor da corrente deve ser mnimo.Temos:O valor da corrente nas freqncias f1 e f2 ser:Ajustamos agora o gerador de forma a obter em duas freqncias diferentes, acima e abaixo de fsa corrente de 77 mA com tenso constante de 1V. Este procedimento bastante delicado, pois no muitosimples acompanhar a variao de dois aparelhos indicadores ao atuar-se em um terceiro, mas com umpouco de calma e habilidade esta dificuldade contornada.Obtivemos: f1 = 35 Hz e f2 = 78 HzPara avaliar a preciso dos resultados fazemos a prova: 20. Pgina 20Caso no os valores no coincidam por pequena margem, adote o valor de fs como oresultado do clculo acima, pois a determinao de f1 e f2, se bem feita, mais precisa.Caso contrrio, repita estas medies.Valor obtido de Qts:Obteno de VasAparelhos usados: paqumetro e pesos de chumbo com massas conhecidas (podem ser osnormalmente usados em redes de pesca) e com pesos determinados em balana de preciso.Medida do paqumetro ao centro do cone: x1 = 1,955 cmNova medida com o cone lastreado com 282 g: x2 = 2,110 cmDimetro efetivo do falante (medido de centro a centro da suspenso do cone): 16,7 cmObteno de Vas:Logo Vas = 37 litros.SOBRE A INFLUNCIA DA CARGA NOS APLIFICADORES DE POTNCIA;O objetivo do presente artigo de esclarecer um assunto ainda bastante obscuro no meioprofissional. Felizmente temas como: fator de amortecimento, distoro, potncia, entre outros, jso assuntos devidamente "esmiuados".No entanto, em pouco conhecimento permanece o fato de que os amplificadoresinteragem com as suas cargas e tm seu comportamento grandemente influenciado por elas. Umadestas formas de interao ocorre quando alimentamos impedncias fortemente reativas, ou seja,justamente as cargas que todos ns utilizamos: os alto-falantes. 21. Pgina 21A iniciativa motivada por um quadro preocupante: poucos amplificadores so bons nesseaspecto (conforme j citado e brevemente comentado pelo Prof. Homero Sette Silva em Backstage).Distoro harmnica, instabilidade e at queima do estgio de sada so comuns. O principal objetivodeste texto, levar compreenso bsica do fenmeno atravs de uma explanao simples, nopretendendo ser definitiva ou completa; visa elucidar o leitor, profissional de udio ou no, de modo quese tenha sempre em mente esse fato ao adquirir-se uma ferramenta to bsica como um amplificador depotncia. Todavia, para que se compreenda bem este assunto, convm comear do incio e seguir passo apasso o caminho que leva at ele.Uma primeira anlise da amplificao - cargas resistivas A grande maioria dos amplificadores depotncia modernos trabalham na configurao amplificador de tenso, isto , produzem na sada uma tensoque proporcional quela aplicada em sua entrada e que representa o programa de udio. Esta tenso desada tem usualmente grandes amplitudes de modo a gerar uma corrente tambm de grande amplitude aopercorrer-se uma carga de valor hmico muito baixo, como alto-falantes por exemplo. Naturalmente, aimpedncia de sada de tais geradores (amps) deve ser bem mais baixa do que a impedncia da carga, deoutra maneira no seria possvel gerar correntes de grandes amplitudes.Considera-se, agora, um amplificador (fictcio e que no se refere nenhuma marca) recebendoum sinal senoidal e alimentando uma carga puramente resistiva[1], ou seja, que no possui reatncia (quecaracteriza um comportamento reativo). Neste caso especial a carga aproveita toda energia fornecida pelogerador (dissipa potncia por efeito Joule, ou seja, toda energia transformada em calor).Tal fato ocorre porque que num circuito puramente resistivo no h atraso ou defasagem entre aonda de tenso e a onda de corrente, nesse caso, ambas senoidais; isso porque resistores no acumulamenergia como os indutores e os capacitores, terminando por no interferirem nas formas de ondarelativamente ao tempo (na verdade a explicao mais profunda e como tantas mais que veremos adianteno caberiam na proposta deste artigo. Vamos limitar-nos portanto uma abordagem mais simples).Na figura 1pode-se notar como atenso e a correntenum circuito resistivocaminhamperfeitamente juntas aolongo do tempo,estando assim, em fase.A potncia instantneap(t) dissipada por umaresistncia eltrica pode ser obtida pelo produto, ponto a ponto, entre v(t) e i(t); a expresso fica pois 22. Pgina 22p(t)=v(t)i(t). A figura 1 mostra a forma de onda da tenso e da corrente e como fica a forma de onda dapotncia.Esta carga puramente resistiva poderia ser um simples resistor de grande potncia como uma"resistncia" de chuveiroComo resultado, a potncia consumida por uma carga puramente resistiva pulsante e semprepositiva, pois num mesmo instante a tenso e a corrente so positivas ou negativas (produto de 2 positivosou 2 negativos = sempre positivo), lembrando que a carga est sendo percorrida por uma correntealternada e senoidal.A interpretao de potncia positiva diz-nos que o receptor est consumindo a potncia fornecidapela fonte. Potncia sempre positiva significa portanto que a carga comporta-se sempre como um receptor,consumindo a potncia fornecida pela fonte (amplificador), que por sua vez, comporta-se sempre comoum gerador.Neste caso, como j foi visto, 100% da energia fornecida carga convertida em calor por efeitoJoule. Essa situao extremamente confortvel para o amplificador, visto que ele no tomaconhecimento da carga, exceto pelo fato de estar fornecendo energia; contudo pode-se dizer que nessecaso no h interao com a carga, o desempenho do amplificador fica sendo apenas funo dele prprio,importando muito pouco pois, a carga.OS ALTO - FALANTES;Mas afinal no se utilizam amplificadores de potncia para alimentar resistores, mas sim paraalimentar alto-falantes. justamente neste momento que o processo torna-se mais complicado. Os alto-falantes modernos so componentes eletrodinmicos que, conforme demostrou Neville Thiele, tm umcomportamento idntico (do ponto de vista eltrico) ao de um circuito ressonante paralelo do tipo RLC [2],que pode ser visto na figura 2.O trabalho de Thiele,intitulado "Loudspeakers inVented Boxes" posteriormenteampliado por Richard Small emsua tese de doutorado, constituiatualmente o principal pilar emque se apoiam as tcnicas deanlise de alto-falantes e caixasacsticas, conhecido comoTeoria de Thiele-Small.Aqui no circuitoequivalente pode-se divisar doislados envolvidos, o do 23. Pgina 23amplificador representado por Eg e pela sua resistncia interna Rg (que responsvel pelo valor do fator deamortecimento do amplificador) e o lado do alto-falante em que se encontra RE representando a resistnciado fio que constitui a bobina mvel e Le que representa a indutncia dessa mesma bobina.Na seqncia deparamo-nos com as quantidades Res, Lces e Cmes que so as caractersticasmecnicas do alto-falante (resistncia mecnica, complincia e massa mvel). Esses parmetros mecnicosesto, pelo conceito da dualidade, refletidos no seu circuito equivalente eltrico, podendo ser assimanalisados de maneira mais fcil.Esse tipo de circuito apresenta comportamento triplo a depender unicamente da freqncia:capacitivo, indutivo e puramente resistivo, sendo que este ltimo manisfesta-se apenas nas suas freqnciasde ressonncia.Observando atentamente o grfico da figura 5, pode-se notar que o alto-falante ao ar livre possuiduas freqncias de ressonncia, ou fase zero (procurar na curva de fase). A primeira, devido a Cmes e aLces a mais importante, definida como sendo a freqncia de ressonncia mecnica do alto-falante (Fs).Esta provoca um pico de mximo no mdulo da impedncia.A segunda(normalmente desprezadana anlise em baixasfreqncias) definida comofreqncia de ressonnciaeltrica devido associao da capacitnciarefletida Cmes com aindutncia da bobinamvel Le. Esta provoca umpico de mnimo no mduloda impedncia e ao redordeste se define o valor daimpedncia nominal do alto-falante, que assim possui comportamento novamente resistivo (para woofersisso ocorre tipicamente em torno de 300Hz).Nas demais freqncias, porm, o comportamento capacitivo e indutivo, mas eletricamente seconsidera apenas um desses efeitos de cada vez. Ocorre desta maneira porque as duas propriedadesanulam-se, permanecendo o excedente do efeito mais pronunciado, que chamamos resultante.Voltaremos a falar desse assunto mais adiante, em momento oportuno. 24. Pgina 24O que o amp ento na realidade "enxerga" justamente essa resultante. Uma carga que ora secomporta como um resistor (ressonncia), ora como uma associao resistor/capacitor (fase negativa) eem outros momentos como uma associao resistor/indutor (fase positiva), a depender to somente dafreqncia em questo. No caso de sinais musicais pode-se admitir a exibio desses 3 comportamentossimultaneamente, visto existirem inmeras freqncias (fundamentais e harmnicas) no sinal musical.E como ser que o amp "sente" isso? Para tanto, devemos rapidamente estudar algumaspropriedades dos circuitos capacitivos e indutivosCIRCUITOS REATIVOS DEFINIO E ANLISE DA POTNCIA;Define-se como reativo qualquer circuito que apresente capacitncia ou indutncia, ou ainda ambosos efeitos combinados.Capacitncia a propriedade apresentada pelos capacitores. Estes, por sua vez, so dispositivos quearmazenam energia na forma de um campo eltrico. Analogamente, indutncia a propriedade dosindutores que tambm armazenam energia, porm na forma de um campo eletromagntico.Ao contrrio dos resistores, nos capacitores (e nos indutores) ocorre uma defasagem ou atraso entreas ondas de corrente e tenso. Se for aplicado um certo valor de tenso em corrente contnua, observar-se-que o capacitor leva um certo tempo para carregar-se e atingir o mximo valor da tenso entre seusterminais. J a corrente tem valores altos logo de incio, decrescendo medida que o capacitor carrega-se,tornando-se nula ao final.Da,percebe-se porquea corrente no seencontra em fasecom a tenso numcapacitor. Numindutor o processo semelhante,apenas com aspropriedadesinversas, pormvamos limitar-nos aqui a descrever somente o efeito capacitivo, visto ser ele suficiente para oentendimento do artigo. Se a tenso fosse alternada e senoidal esse processo repetir-se-ia a cada ciclo daonda, por isso a tenso e a corrente ficariam atrasadas entre si, exatamente 90 graus, num capacitor ideal(fig. 3). 25. Pgina 25Uma outra maneira de explicar tal processo, consiste em dizer que o capacitor ope-se a variaesde tenso entre seus terminais, levando sempre um certo tempo para adquirir o novo valor. Da o fato de quenum capacitor a tenso est sempre atrasada em relao corrente (na figura esse atraso est representadopela letra grega (l-se FI) e vale 90).A essa altura o leitor pode-se perguntar: "por que essa defasagem no tempo no representada emunidades de tempo habituais? Por que usa-se ngulo ao invs de simplesmente segundos, milisegundos, etc."A resposta simples: lembre-se que que estamos lidando com ondas peridicas ou harmnicas que serepetem indefinidamente no tempo. Fica pois, mais simples referir-se a um trecho de onda atravs de partesde seu perodo angular, por exemplo: um perodo completo tem 360, meio perodo 180 e assim por diante.Se fossemos nos referir a esses mesmos espaos de tempo da maneira habitual, para cada freqnciada onda senoidal teramos que calcular o tempo correspondente a um perodo, a meio perodo, etc. Lembre-se que variando a freqncia varia junto o tempo necessrio para que ela complete um determinado ciclo.Usando a notao de freqncia angular um perodo sempre ter 360, meio perodo 180, etc, independenteda freqncia que tiver o sinal senoidal, simplificando bastante as coisas.Agora, assim como foi feito para um circuito resistivo, analisa-se a potncia num circuito capacitivo.O amplificador, que recebe um sinal senoidal, alimenta uma carga puramente capacitiva (que pode ser umsimples capacitor). Atravs da expresso p(t)=v(t)i(t) pode-se levantar ponto a ponto o grfico da potnciainstantnea na carga, ficando como mostra a figura 4.A rea hachurada corresponde onda de potncia, o que permite a concluso de que em um circuitopuramente capacitivo no h dissipao de energia (o mesmo ocorre em circuitos puramente indutivos). 26. Pgina 26Observando o grfico da potncia instantnea verifica-se que a potncia ora positiva, ora negativa,de forma que sua potncia mdia nula. J se definiu que potncia positiva significa que a carga estrecebendo energia do gerador que, nesse caso, armazenada na forma de um campo eltrico (pois umcapacitor no tem como dissipar energia como faria um resistor, ele na verdade s pode armazen-la).Potncia negativa, por sua vez, significa que a carga est comportando-se como um gerador,devolvendo a energia armazenada ao circuito (quando um dispositivo tem potncia negativa, significa que eleest perdendo energia em favor de um outro dispositivo a ele conectado; naturalmente isto se d na forma deuma transferncia). Essa seqncia repete-se duas vezes em cada ciclo da tenso do gerador (amplificador).Dessa forma, a energia sempre trocada entre o gerador e a carga, no havendo portanto dissipao depotncia (na verdade isso s ocorre na sua totalidade se o capacitor for ideal.Todos os capacitores na prtica apresentam alguma resistncia interna, responsvel por dissiparuma pequenina parcela da potncia, aqui no considerada por ser extremamente pequena e no alterar aessncia da argumentao). Nota-se que a potncia num capacitor (ou indutor) continua sendo alternada esenoidal, porm tem o dobro da freqncia das ondas de tenso e corrente que a originoOS ALTO FALANTES COMO COPONENTES RATIVOS E IMPEDNCIACOMPLEXA;Referindo-se novamente ao grfico da curva de impedncia e de fase de um alto-falante ao ar livre(fig 5), concentremo-nos na curva de fase que ao assumir ngulos negativos at -90, denotar comportamentocapacitivo, sendo puramente capacitivo se o ngulo for exatamente -90 (analogamente ser indutivo parangulos positivos).V-se no grfico que ongulo assume vrios valoresno chegando, porm exatamente -90 (ou +90). Issorevela a existncia de uma parteresistiva, ou matematicamente,parte real, responsvel pelagerao da potncia ativa, quedissipa energia.A parte reativa, queem matemtica chama-seimaginria (tal nomenclatura utilizada na especialidade 27. Pgina 27matemtica que trata dos chamados nmeros complexos), a responsvel pela gerao da potncia reativa eno aproveita nenhuma energia fornecida pelo gerador, ou seja, no dissipa potncia, mas apenas troca energiacom o gerador.Essa uma das maneiras de definir-se impedncia, que por sua vez, um nmero complexo. Estepossui uma quantidade real que representa uma resistncia e uma quantidade imaginria, representando esta,uma reatncia. A soma vetorial das duas partes do nmero complexo conhecida como mdulo daimpedncia.Tipicamente em alto-falantes o mdulo da impedncia vale 4 ou 8 Ohms, para freqncias prximasda segunda freqncia de ressonncia. Como concluso, o alto-falante na maior parte das freqncias reativo, ou seja, existe impedncia complexa (ngulo de fase diferente de zero), havendo portanto potnciaativa e reativa coexistindo.J foi demostrado que potncia ativa dissipa energia, mas potncia reativa somente a troca com ogerador. Assim sendo, o falante aproveita apenas uma parcela da energia fornecida pelo gerador, pois somentea parte resistiva da carga dissipa potncia. Pode-se concluir que quanto mais a curva afasta-se do eixo zero,mais reativo ser o alto-falante e mais energia ser trocada com o gerador, em detrimento de uma cada vezmenor parcela resistiva, que eficazmente aproveita potncia.Esta a chave para a compreenso deste artigo. Se como carga usar-se alto-falantes, sempre haveruma parte dela trocando energia com o amplificador, exceto apenas nas freqncias de ressonncia em que ocomportamento puramente resistivoE COMO FICAM OS AMPLIFICADORRES;Exige-se portanto que o amplificador lide com essa troca de energia (no h como evitar) que, porsua vez, representa um esforo bem maior do que simplesmente fornecer potncia, havendo a necessidade deabsorver-se a energia da descarga do circuito reativo, que a carga. possvel agora, analisar o que podeacontecer ao sinal de udio e ao prprio amplificador. DISTOROOs estgios de sada dos amps de grande potncia quase sempre operam em push-pull e em simetriacomplementar (ou quase complementar em alguns circuitos), ou seja, existem dois "braos" ou "lados", cadaum contribuindo com um semiciclo da onda de corrente e de maneira alternada (estgios classe B e AB), demodo a refazer o sinal de udio na sada (figura 6). Se o circuito no tiver um projeto bem elaborado, o esforoadicional provocado pela absoro de energia que retorna da carga far com que o sinal no sejacoerentemente amplificado e a onda de sada no mais corresponder onda de entrada, pois apresentardistoro. 28. Pgina 28Os tipos de alteraes geradas no udio pelo amp mal projetado e/ou dimensionado que opere nessacondio, so difceis de prever-se e muito sujeito s condies do uso/teste e da topologia do circuito, porm apresena de distoro harmnica deve ser considerada.Pode-se verificar tambm que a alta impedncia de sada (ou baixo fator de amortecimento) de algunsamps dificulta o desvio das ondas de descarga para um terra ac (+Vcc e -Vcc). A resistncia interna alta faz comque a onda de descarga permanea na sada do amplificador, sobrepondo-se onda original e gerando"colorao" ou distoro.Na figura 6, pode-se ver um exemplo simples de estgio de sada em classe B, e o desenvolvimentodas tenses e correntes (apenas para ac). A incapacidade de lidar com o esforo (troca de energia) pode levar oamplificador a um estado de total incoerncia de funcionamento. Oscilao possvel, bem como a queima doestgio de sada SUBDIMENSIONAMENTONo caso da queima a causa pode ser simplesmente fadiga excessiva quando a etapa de sada atingeseus limites operacionais. Observe que essa situao de limites poderia ser alcanada com uma simples cargaresistiva, bastando que para isso o amplificador fosse muito exigido ou que o valor hmico fosse muito baixo.Porm, a carga fortemente reativa far com que essa extrema fadiga ocorra com muito mais facilidade, obtendocomo resultado (muito provvel) a possibilidade de queima do estgio de sada.Esse quadro comum em amps que foram dimensionados a partir de uma carga resistiva. Como foivisto, existe uma enorme diferena entre uma carga resistiva de 2 ohms e outra reativa, tambm com 2 ohms. 29. Pgina 29No caso da primeira o gerador apenas fornece potncia, sendo submetido a um certo esforo, porm no caso dasegunda existe, alm desse esforo, outro adicional a que o estgio de sada ter que se submeter para dissipara energia devolvida pela carga reativa, consequentemente a etapa aquecer mais e exigir umdimensionamento mais avantajado e cuidadoso.Deve-se considerar tambm que em cargas resistivas o valor hmico (no exemplo 2W) fixo, o queno acontece com cargas reativas (como alto-falantes), nesse caso, o mdulo da impedncia varia com afreqncia (consultar a fig. 5), podendo atingir valores bem inferiores a 2W. Normalmente dimensiona-se umamp a partir de uma carga resistiva sem levar em considerao que falantes e caixas acsticas soextremamente reativos; o estgio fica assim subdimensionado e corre srio risco de queima; para o usurio esseseria um fato inexplicvel, j que seu amp "queimou-se sozinho" sem nenhuma falha no seu sistema de caixas etalvez at em volume baixo ou mediano.Lembre-se que somente a potncia ativa gera trabalho aproveitvel (som), porm a potncia reativaexiste e exige esforo do amplificador para dissip-la. OSCILAOOutro problema muito encontrado em amps de marcas no idneas, a oscilao. Novamente aqui oefeito muito mais pronunciado em cargas reativas, devendo-se considerar a importncia de serem feitostestes com esse tipo de carga no trabalho de desenvolvimento de um amplificador. Amps que em cargasresistivas no oscilam, podem perfeitamente oscilar em cargas fortemente reativas e provavelmente queimaroo estgio de sada (o que foi confirmado em testes). UMA ANLISE MAIS PROFUNDAQuando um amplificador oscila ocorre uma sucesso de fatos que levam destruio do estgio desada. Embora no estejam ainda fundamentadas em sua totalidade, pode-se fazer algumas suposiesbastante seguras do que afinal de contas acontece.Uma teoria cativante sugere que a queima ocorre devido a um efeito conhecido como avalanchetrmica, sugesto esta feita pelo Eng. Rosalfonso Bortoni. Para a justificativa, supe-se um estgio de sadacomposto por apenas um par de transistores de potncia operando em push-pull, sendo o exemplo vlidotambm para estgios que contenham qualquer nmero de transistores, visto que so geralmente ligados emsrie e/ou paralelo.O que acontece ento o seguinte: Quando o circuito oscila, a pastilha semicondutora dostransistores de sada aquece provocando um aumento da corrente de coletor IC, que deveria depender somenteda tenso VBE (tenso entre base e emissor ou tenso de polarizao). Quando a tenso VBE sobe, a corrente ICtambm sobe em resposta (e de maneira muito mais pronunciada pois: IC = corrente de base ganho dotransistor). Com o aumento da temperatura, diminui a VBE requerida ou seja, a polarizao que serianecessria e IC ser bem maior do que antes, o que aquecer ainda mais o transistor. 30. Pgina 30Tipicamente, num estgio de sada classe B ou AB, um aumento de 30C na temperatura se no forcompensado, ser acompanhado de um aumento na corrente de coletor por um fator de 10! Com o transistorainda mais quente IC ser ainda maior quando ele for regio ativa o que novamente elevar sua temperatura.Este ciclo realimentado progredir at que o transistor atinja sua mxima corrente de coletor admissvel, eento finalmente ser destrudo (entrar em curto).Observe que tal processo leva apenas alguns poucos segundos para acontecer. interessante notarque os circuitos de compensao trmica presente em todos os amplificadores push-pull de grande potnciaclasses B, AB, G e H no so suficientemente rpidos para realizar a compensao e assim evitar a queima. Acausa devido principalmente ao fato de serem as trocas de calor processos fsicos essencialmente lentos. Essefato perde importncia em estgios de sada que empreguem tecnologia E-MOSFET, graas ao seu coeficientenegativo de temperatura. MAIS UM PROBLEMAUm outro problema que aparentemente acompanha amps mal projetados e/ou dimensionados o daconduo simultnea, que pode surgir quando o circuito atinge os limites impostos pelo projeto e/ou peloscomponentes. Mais uma vez, considera-se que amps mal projetados e/ou dimensionados sempre tero esseslimites drasticamente reduzidos, pois num projeto de alto nvel procura-se atingir o mximo desempenho daconfigurao adotada e dos componentes utilizados, o que naturalmente no ocorreria em um trabalho commenor respaldo tcnico.Convm lembrar que as cargas reativas sempre faro qualquer amp atingir seus limites antes dascargas resistivas. Para entender o que acontece, antes de mais nada preciso saber que sendo o estgio de sadapush-pull, operando em classe B, AB, G ou H, os transistores entram na regio ativa um de cada vez (pelomenos considerando a maior parte do tempo). Em outras palavras, quando um est na regio ativa o outro estna regio do corte.Engenheiros e tcnicos podem enxergar de outra maneira: essencialmente os dois transistores tm oseu ponto Q (quiescente ou de operao) posicionado no extremo inferior da reta de carga ac, em VCE corte.Estgios classe AB posicionam o ponto Q um pouco acima de VCE corte , mas o funcionamento semelhante. Atenso ac (sinal de udio) aplicada s bases desloca o ponto Q para cima da reta de carga ac, porm, quando umdeles deslocado o outro permanece firme, prximo VCE corte.A conduo simultnea um fenmeno que surge principalmente pela falta de velocidade do circuitoem processar sinais de freqncia muito alta (acima de 20kHz), ou seja, h uma dificuldade do circuitoem fazer a transio entre um estado e outro (quanto mais rpido, mais difcil). Essa dificuldade, em primeiraanlise, introduz distores do tipo de "crossover". Mas se a freqncia do sinal for realmente alta o circuitopoder "confundir-se", por assim dizer e permitir que os dois transistores conduzam corrente (IC > ICQ) aomesmo tempo, ou ainda que o ponto Q dos dois transistores posicionem-se bem acima de VCE corte nummesmo instante, podendo ser ambos destrudos caso IC seja suficientemente alta. 31. Pgina 31 interessante notar que isso pode acontecer at sem carga alguma, mas h razes sutis para crer queem situao de fadiga a ocorrncia seja bem maior, possivelmente at diminuindo o valor da freqncianecessria para que o circuito "confunda-se". Novamente, considera-se neste artigo que a carga reativa far comque qualquer estgio de sada seja muito mais exigido. Para a justificativa dessa hiptese considerado apenasum par de transistores de sada.No entanto, convm lembrar que a explanao visa justificar fatos observados em testes delaboratrio. A explicao a ser dada a seguinte: Com o transistor no corte, seu VCE (tenso entre coletor eemissor) o prprio valor da fonte. Considera-se como exemplo Vcc=100Vdc. Ao encontrar o semiciclo positivoda onda de tenso de descarga do circuito reativo (que a carga) o emissor "enxerga" um potencial que variadesde zero at +100V, e para isso, supe-se que a onda tenha um valor de 200Vpp, o que comum em altapotncia. O VCE assim seria no mximo o valor da prpria fonte que Vcc=100V (100V-0V) e no mnimo de 0V(100V-100V). Mas no semiciclo negativo da descarga a situao inverter-se-ia. O emissor veria no mximo 0V eno mnimo -100V e como 100-(-100)=200, o VCE teria o valor de 200V por um breve instante, perigosamenteperto da regio de ruptura, onde o funcionamento do transistor no mais normal.Ex: o VCEmximo dos transistores2SC3281/2SA1302 = 200V.Esses modelos so muitoempregados neste tipo deaplicao. Analisando umgrfico da IC (corrente decoletor) no domnio daVCE (figura 7), nota-seque a IC prxima daregio de VCE mxima,sobe rapidamente,mostrando que poderiaassumir qualquer valor (este efeito conhecido como multiplicao por avalanche), o que bastaria paraprovocar sua destruio, talvez no imediata, mas abreviaria consideravelmente sua vida til. Com a queima deum transistor do par (curto), o outro tambm seria destrudo.Entretanto, se o transistor ainda no se destruir estar conduzindo fortemente, pois por um breveinstante existir corrente aprecivel no diodo coletor (na verdade um pulso de corrente). Com o outro 32. Pgina 32transistor do par j conduzindo na regio ativa, teramos a conduo simultnea independente do valor dafreqncia e que destruiria ambos, caso a corrente desenvolvida seja suficiente.Convm lembrar que estgios classe B, AB, G ou H geralmente no so dimensionados parasuportar uma conduo simultnea, o que ocorre normalmente em estgios classe A, sendo estes, portanto,naturalmente imunes a esse problema. Para concluir, deve-se dizer que essa situao aparentementefacilitada no caso do amplificador no possuir uma baixa resistncia interna (baixa impedncia de sada).Observe que tanto a ocorrncia de avalanche trmica (vista na edio anterior) como a de conduosimultnea (nessa situao em especfico) no passam de hipteses ainda a serem confirmadas como fatos. Ossintomas so muito variveis e sujeitos a condies, de maneira que no se pode ter muita certeza disso oudaquilo, no entanto ao que parece so as causas da queima de amps mal projetados e/ou dimensionados nascondies de extrema fadiga proporcionadas por uma carga fortemente reativa. claro que as pesquisas continuam, de modo que novas confirmaes sero relatadas. importantesalientar que as duas causas descritas (avalanche trmica e conduo simultnea) so teses, mas o maudesempenho e as queimas dos estgios de sada no, estes sim so fatos e ocorreram inclusive nos testesrealizados.(Nota:Em leitura de recente trabalho, do pesquisador norte-americano G. Randy Slone, comproveitais teses. Slone afirma serem estes fenmenos fatos, mas no relata detalhes desses trabalhos, o que ser objetode pesquisa futura)O subdimensionamento tambm fato comprovado e mereceu inclusive fazer parte da dissertaode mestrado do Eng. Rosalfonso Bortoni (UFSC). Cabe aqui, portanto uma descrio das condies de teste aque foram submetidos alguns aparelhos comerciais e tambm circuitos experimentais e/ou dedesenvolvimento. Sinais aplicados: ondas, senoidal e quadrada, na faixa de 1Hz 100kHz. Cargas utilizadas: resistiva e puramente capacitiva com valores oscilando entre 1uF e 10uF.Regime de trabalho: variando entre baixo e o mximo, respeitando as limitaes prprias de cadaaparelho. CAIXAS ACSTICAS E CROSSOVERS PASSIVOSPorm, at agora neste artigo, considera-se como uma possvel carga reativa prtica somente o alto-falante ao ar livre. Na realidade a situao ainda mais difcil, pois o esforo do estgio de sada ainda maiorquando se usam caixas acsticas com diagramas fasoriais mais complicados.Levando-se em considerao que ningum utiliza falantes ao ar livre, essa observao atinge todosos casos (exceto em situaes onde se usam caixas closed-box do tipo fechada, pois o diagrama fasorial dessascaixas semelhante ao de um falante ao ar livre). Caixas bass-reflex teriam pelo menos mais duas 33. Pgina 33freqncias de ressonncia e por conseqncia mais duas inverses de fase em relao ao falante ao ar livre(ou caixas closed-box).Caixas band-pass e caixas-corneta tm comportamento ainda mais complexo. Naturalmente ocircuito equivalente de tais sistemas algo bem mais complicado do que o apresentado na figura 2.Analogamente, falantes que possuem fator de qualidade total (Qts) mais altos, exigem mais dosamplificadores e expem bem mais um eventual circuito mal dimensionado a falhas, pois so mais reativos doque outros possuidores de Qts mais baixos (normalmente um indicador de falantes de alta qualidade).Assim se pode generalizar esse raciocnio para o sistema formado pela caixa+falante. Estes sempreexigiro mais dos amplificadores quanto maior for o fator de qualidade resultante do sistema (Qt), que porsua vez funo do falante e do alinhamento adotado. Estendendo ainda mais, verifica-se que caixas acsticascom crossovers passivos apresentam forte reatncia adicional, devido aos circuitos sintonizados formados porredes de capacitores e indutores.Os diagramas fasoriais dessas caixas seriam ainda mais complexos que se estivessem sem ocrossover passivo. Naturalmente se este crossover passivo possuir alguma equalizao ou Notch Filters, asituao tornar-se- ainda mais problemtica para o amplificador. O circuito equivalente desses sistemas podeultrapassar a 16 ordem CONCLUSOCargas reativas impem uma dificuldade aos amplificadores de potncia que cargas resistivasjamais poderiam fazer sob iguais circunstncias.As reativas, portanto exigiro um maior "preparo" dos amps, pode-se assim dizer, o que muitasvezes no acontece, pois os prprios fabricantes no as consideram no seu desenvolvimento edimensionamento; tambm acabam por no us-las nos testes finais com os seus aparelhos e muitos delessequer tm conhecimento do fato (nem todos so assim, felizmente).Observei atravs de testes em alguns amps comerciais, que em aparelhos de marcas "estranhas"todos os problemas descritos anteriormente so comuns, possuem estgios mal dimensionados e ao conectar-seuma carga reativa apresentam grande alterao de comportamento.Viu-se que quando o circuito no bem elaborado e/ou dimensionado, qualquer esforo requeridopela carga (como trocas de energia) far com que o sinal no seja coerentemente amplificado, resultando assimnuma distoro e at oscilao e queima, sendo uma das causas disso tudo, o fato de que, no perodo dedesenvolvimento no se previu que a carga seria reativa e nos testes de prototipagem os amps no foramavaliados com cargas fortemente reativas, mas to somente com cargas resistivas (se que).Mas na esmagadora maioria dos casos, isso acontece porque seus circuitos foram copiados de outrosamplificadores. Freqentemente a topologia do circuito acaba sendo utilizada em aplicaes e/ou condiespara qual no foram previstos pelos projetistas originais, resultando assim num aparelho mal dimensionado esujeito a problemas de todos os tipos j mencionados, principalmente queima por fadiga excessiva (repetindo:isso chegou a acontecer nos testes). 34. Pgina 34Assim tambm como no desenvolvimento de amplificadores de potncia estes fatos devem serconsiderados pelos projetistas e tratados parte. Muitos fabricantes testam seus amplificadores somente comcargas resistivas e por esse mesmo motivo mascaram o surgimento dos problemas. O projetista deve portantosubmeter seu projeto a testes meticulosos, dentro e fora da faixa audvel, com vrias formas de onda e vriostipos de carga.Da mesma maneira, os testes de longa durao feitos ao final da linha de montagem, normalmenteem cargas resistivas, deveriam ser tambm realizados com cargas fortemente reativas, revelando com maisfacilidade a existncia de problemas (componentes e/ou montagem). O profissional de udio e o pblico queafinal de contas so os maiores interessados agradecem.Sempre bom lembrar: quando o usurio compra um equipamento, ele no est adquirindosimplesmente um monte de peas, e sim um trabalho de pesquisa e desenvolvimento. Se o fabricante desteequipamento no tiver condies de lidar com sua tecnologia (o que freqentemente ocorre), o desempenho epor conseqncia o investimento sero prejudicados.Verifique se o mdulo amplificador admite ligao Bridge, possui crossover ativo passa-alta e passabaixa e controle de ganho para cada par de canais;Verifique sua distoro harmnica, distoro (THD) acima de 1% pode causar fadiga. Quanto menoreste valor, menor ser a distoro.Verifique sua resposta de frequncia, ela deve ser a mais plana possvel entre 20Hz e 20.000Hz.Verifique sua potncia RMS, contnua a 4 Ohms (Root Mean Square) com baixa distoro. ( 30W RMS o suficiente para sistemas para o dia a dia, 50W ou acima j servem para fazer um bom barulho fora do carro)Muitos fabricantes indicam a potncia a 1 Ohms, algo que muito difcil de ser utilizado, voc precisaria de 4falantes de 4 Ohms ligados em paralelo para chegar a essa impedncia. Invivel para quem quer utilizar apenasum SubWoofer. Alm de que muitos utilizam a potncia PMPO (Peak Music Power Output) que a potnciade pico medido em fraes de segundo que no servem para a msica em geral.Verifique a impedncia mnima que o amplificador aguenta. Normalmente fica em 2 Ohms em estrioe 4 Ohms em bridge. Amplificadores de alta-corrente aguentam at 0,25 Ohms em bridge gerando cerca 1500W, 3 a 6 vezes mais potncia que a 4 Ohms.Verifique sua relao Sinal/Rudo (S/N). Relao entre o nvel de Sinal e o nvel de rudo presente nosom, os melhores amplificadores tem a relao acima de 100dB. Quanto maior esse valor, menos rudo seuamplificador vai gerar.Voc sabia que na maioria dos amplificadores do mercado so de classe AB e que metade da correnteque ele consome vira calor e a outra metade vira som e msica ? 35. Pgina 35Ateno: Nos amplificadores Pyramid, devemos considerar apenas metade da potncia total indicada,pois ser a potncia que realmente o usurio poder usar sem ter sobreaquecimento e sem distoro excessiva.A potncia total indica apenas a potncia RMS em 2 Ohms com o "ganho" no mximo, esteja atento tambm narelao Sinal/Rudo que muito baixo, cerca de 85dB ( bons amplificadores possuem 100dB nessa relao,lembrando que adicionar 3dB significa dobrar a presso sonora )EM QUE CONSISTE A LIGAO BRIDGE;Consiste em ligar o positivo do SubWoofer na sada positiva do canal esquerdo e o negativo dosubwoofer na sada negativa do canal direito, ou vice-versa.Essa ligao no aceita em mdulos do tipo BoosterEm alguns amplificadores necessrio mover chaves e configurar crossovers. Verifique sempreseu manual. - Assim voc tem uma sada mono com cerca de 3 vezes mais potncia do que numa ligaocomum em estrio.A maioria dos amplificadores aceita uma mnima impedncia de 4 Ohms nesta ligao, mas emalguns amplificadores, chamados de alta corrente, podemos ligar uma associao de SubWoofer com 0,5Ohms podendo chegar a at 10 vezes mais de potncia fornecida pelo amplificador comparando com umaligao comum em 4 Ohms (caso do Audio Art 100HC).Em alguns amplificadores como o 4.6x da Rockford Fosgate necessrio inverter a polaridade doSubWoofer em relao polaridade de sada do amplificador caso esteja utilizando crossover passa-alta paraos falantes da frente e passa-baixa para o SubWoofer.Verifique sempre o manual do amplificador para se certificar se ele aceita este tipo de ligao ecomo fazer a correta ligao em modo Bridge. - Geralmente os amplificadors MOS-FET trabalham com tensesde -28 Volts a 0 volts e 0 a +28 Volts na ligao estrio (2 canais) e na ligao bridge (1 canal) a tenso varia de -28 a +28 Volts.ALGUNS CONCEITOS; 36. Pgina 36O som reproduzido no interior de um carro percebido de uma forma totalmente diferente do queo seria em uma sala comum. Isto se deve, no s a fatores ambientais, como tambm psicolgicos.O automvel, enquanto ambiente para audio de som, apresenta condies bastante estranhas:aceleraes e desaceleraes, sbitos trancos originados pela pavimentao (ou falta de... ), um motor decombusto interna originando vibraes e interferncias em quase toda a faixa audvel, indo mesmo at a faixade radiofreqncia. O calor, o pouco espao e a tenso disponvel de 12 V nominais no permitem grandesvos de imaginao por parte dos projetistas do equipamento eletrnico, sendo ainda que as localizaesdisponveis para falantes so extremamente limitadas, dentro de um meio ambiente agressivo, com extremosde temperatura e umidade.Por outro lado, as condies internas de acstica alteram significativamente o equilbrio harmnico,dificultam a reproduo de baixas freqncias devido limitao volumtrica do habitculo, acentuamdemasiadamente as freqncias mdias-baixas, e as reas envidraadas originam focalizaes indevidas nosagudos. Aparentemente, a quantidade de problemas sugere que no possvel a reproduo de alta-fidelidadeno interior do automvel.No entanto, a audio no carro, apesar da aparente falta de lgica, , para muita gente, bastantesatisfatria, como tem demonstrado a popularidade dos concursos automotivos.Como ento explicar essa aparente contradio?Talvez algumas motivaes para o gosto pelo som no carro tenham sua origem em uma esfera deordem mais psicolgica que propriamente acstica, como por exemplo, a prpria dificuldade da instalao deforma a superar desses obstculos, ou mesmo a possibilidade de poder contar com as msicas que maisgostamos em um passeio descomprometido por um lugar agradvel.De qualquer forma, um pouco de conhecimento de acstica pode servir para tornar mais fcil a"afinao" do som do automvel e contribuir para o enriquecimento do nosso universo audifilo.CONDIES DE AUDIO;O fator mais importante que modifica a percepo do som presente no ambiente do automvel dizrespeito ao rudo. Como rudo, entendemos todo o som originado por diversas fontes: o barulho externo dotrfego ao redor, dos pneus sobre a pavimentao, "grilos" na suspenso, vibraes do motor, vento,radiointerferncia e muitos outros. O espectro de freqncias cobertas pelo rudo vai desde os subsnicos,produzidos principalmente pelas vibraes do motor e pela ao de compresses e descompressesatmosfricas que ocorrem nos espaos das janelas abertas; entram na faixa de graves, de 20 a 100 Hz,originados pela ao do rolamento; na faixa de mdios e agudos, pelo motor e assobio do vento.Isto significa que, a menos que seu carro seja um "Rolls-Royce" trafegando a baixa velocidade e emuma pista de pavimentao perfeita, h grande probabilidade de que o rudo presente esteja em torno de 75 a90 dBA, ou at mais. Este dado citado pelas diversas revistas especializadas em testes de automveis e foicomprovado pelo autor por meio de medies diretas com um analisador de espectro (RTA) em carrospequenos e mdios. 37. Pgina 37A figura mostra os resultadosobtidos em autos trafegando por volta dos 80km por hora. Na oitava mais baixa, o nvel derudo presente gira em torno de 90 a 100 dB e,progressivamente, vai diminuindo para asfreqncias mais altas. Vale lembrar que emuma sala residencial tpica o rudo varia emtorno de 35 dB a 45 dB, nvel queprovavelmente s iremos encontrar para ocarro para a oitava mais alta, acima de 8 kHz.O intervalo presente entre mximas emnimas, para cada faixa de freqncias, deve-se no s s condies extremamente mutveis das fontes de rudo, como tambm aos diferentes graus deabsoro acstica presentes nos diferentes modelos. Os carros maiores e mais luxuosos so os mais silenciosos.Por outro lado, a presena de janelas abertas altera significativamente o espectro de rudo,especialmente para as duas oitavas inferiores, centradas em 31,5 Hz e 63 Hz,O efeito notado no sentido de aumento do nvel, de 10 a 20 dB nessas faixas. O interessante queisto devido principalmente ao fato de uma janeIa aberta levar o ambiente a portar-se como um gigantescoRessoador deHeimholtz. O ventosoprando atravs daabertura produz umacoplamento acsticocom o arpresente no interior dohabitculo variando apresso sonora em umafaixa limitada defreqncias - at a faixados 60 Hz.Do conjuntode medies efetuadas pode-se observar que os nveis de rudo presentes no interior dos autornveis so muitoelevados e tendem a mascarar o som em diversas faixas de freqncias, principalmente para as abaixo de 1kHz, o que torna particularmente difcil a audio clara das freqncias mdias e graves. 38. Pgina 38No surpreende, portanto, o fato de ser bem menos sensvel a exigncia de qualidade para o udioautomotivo, em relao quelas impostas pelos audifilos High-End, j que as prprias condies de audiodificultam a escuta crtica.RESPOSTAS ACSTICAS DO HABITCULO;A forma de construo e o pequeno volume interno tornam a resposta em freqncia caractersticado automvel uma sucesso de picos e vales.Uma srie de medies em carros mdios e pequenos originou as curvas mostradas. Vemos duasrespostas tpicas, a de baixo, para um carro mdio, e a de cima, caracterstica de carro pequeno. As mediesforam feitas utilizando rudo rosa em autos com som tipo original, ou seja, sem o uso de amplificadorespotentes ou equalizadores. Notamos de imediato a semelhana entre ambas (a correspondente aos carros demaior porte foi destacada ligeiramente para baixo para maior facilidade de visualizao).O aspecto mais notvel a ressonncia de aproximadamente 10dB que afeta apreciavelmente osmdios-baixos, seguida de uma segunda ressonncia por volta dos 2 kHz, e uma terceira perto dos 5 kHz Estesefeitos so claramente notados na audio por serem bastante evidentes, e do uma sensao que muitosapreciam de "realce" de graves e agudos, embora o som resultante no possa ser chamado, de maneira alguma,de alta-fidelidade.Nessas condies, um equalizador grfico de qualidade ajuda apreciavelmente, e mesmoindispensvel para quem quiser levar a srio o som automotivo. Sabendo-se que as curvas mostradas so 39. Pgina 39bastante comuns para diversos carros e correspondem ao uso de aparelhos de boa procedncia, a mesma figuraserve como sugesto para a primeira tentativa de "acertar" uma equalizao.Medies realizadas separadamente com o canal direito e o canal esquerdo no mostram diferenassignificativas entre ambos. Isto, pela lgica, seria mesmo de se esperar, devido simetria e ao pequeno volumedo habitcuio. Assim sendo, os equalizadores estreo com um s controle para ambos os canais soperfeitamente satisfatrios.O tipo de acabamento do carro, especialmente aqueles mais luxuosos com tapetes de nilon oubucl, e assentos altos, tendem a amortecer mais os mdios e agudos diminuindo ligeiramente a potnciaaparente, mas o efeito no por demais significativo.Como se v, o automvel no dos ambientes mais propcios para o udio. Se o objetivo forconseguir um som de "alta-fidelidade", necessrio investir muito tempo e dinheiro - s vezes mais do que ovalor do automvel. Mas, para uma audio descompromissada, um equipamento mnimo pode ser purodivertimento e, com um pouco de boa vontade, possvel curtir uma boa gravao at com mais gosto do queno sistema hipersofisticado da sala de estar.De certa forma, instrutivo tentar entender como isso acontece.Na verdade, para uma audio musical, os rudos de fundo necessitam serem baixos o suficiente deforma que, com material de faixa dinmica normal, as passagens de baixo nvel sejam claramente audveis. Seriade se esperar que, com valores de rudo da ordem de 80 dB, ao ouvir uma gravao a um nvel mximo de 85dB, s restassem 5 dB de dinmica mxima, nmero que se obtm com uma simples subtrao.Ora, na prtica no isso que acontece, pois o ouvido capaz de discriminar dentre os rudoscircundantes os sons que nos interessam, sejam eles provenientes da conversa do passageiro ao lado, ou damsica. E isto ocorre por ser o espectro do sons musicais to diferente do espectro do rudo ou da conversa, queno h possibilidade de enganar o crebro a respeito. Isso j no ocorre com um microfone, para o qual o clculoaritmtico feito acima vlido. Isto explica porque ao ouvirmos uma gravao que foi realizada ao vivo somossurpreendidos com rudos que absolutamenlo no nos lembramos de ter ouvido - a diferena o computadorque temos embutido dentro de ns: o nosso crebro.Como o ouvido lida no somente com um parmetro, mas vrios: resposta a freqncia, localizao,desvios de fase e outros - o crebro pode recuperar a parte da msica que estaria normalmente submersa norudo circundante, e a partir de alguns poucos estmulos capaz de construir uma imagem snica bemsatisfatria da msica que desejamos ouvir, mesmo que seja a partir de um pobre radinho de pilhas.No caso do carro, por outro lado, o pequeno volume de ar encerrado no habitculo e a relativaproximidade dos falantes permitem obter uma dinmica bem pronunciada, com nveis "subjetivamente" bemaltos, embora uma medio de nveis reais no confirme essa impressao. esta capacidade maravilhosa da mquina humana que torna perfeitamente possvel a audio demsica no carro, s vezes at mais satisfatoriamente do que em ambientes mais apropriados.ESCOLHA E MONTAGEM ( PARTE I ); 40. Pgina 40 COMPONENTES MAIS UTILIZADOS:A instalao mais simples possvel (que muitas vezes a do som original de fbrica), prev o uso deum toca-fitas (ou toca-CD) e um par de falantes dianteiros, geralmente de 4 ou 5 polegadas montados nasportas, dois tweeters conectados com capacitores, e outro par full-range nas laterais traseiras ou no paineltraseiro.A primeira medida tomada pelo dono doauto geralmente consiste na troca do toca-fitas por umtoca-CD, com melhor fidelidade e mais potncia.Mas o potencial de fidelidade do CD-player s pode ser alcanado com o emprego dealto-falantes melhores e mais potentes que osoriginais, que comumente so de baixaqualidade. A troca desses consiste no segundopasso para a melhoria do som automotivo.A partir desse ponto, oaperfeioamento da fidelidade sonora exige uminvestimento bem maior, com a aquisio de mdulos amplificadores, subwoofers, divisores de frequnciaativos, equalizadores e outros componentes sofisticados.Por exemplo, a adoo de um subwoofer j implica em um mdulo amplificador com potnciasuficiente e um divisor de frequnciaeletrnico com sada mono (muitas vezes jincorporado ao mdulo).Para o aumento da potncia dosistema, vrios mdulos amplificadorespodem ser conectados a centrais deprocessamento do sinal, empregandoequalizadores, crossovers ativos,decodificadores de ambincia, e outrassofisticaes.ALTO FALANTES;Os alto-falantes empregados emsonorizao podem ser divididos emgrupos, conforme o espectro defrequncias que manejam melhor. 41. Pgina 41Naturalmente, seria desejvel que um nico tipo de alto-falante reproduzisse com fidelidade e volume todasas freqncias.Na prtica, os falantes de graves tendem a serem grandes e pesados para suportar melhor apotncia exigida, enquanto aqueles voltados para a reproduo dos agudos devem ser pequenos e leves.At cinco grupos diferentes de freqncias podem serem definidas para a reproduo dos alto-falantes: SUBWOOFER: So aqueles projetados para as freqncias mais baixas, comumente entre 20 Hz a120 Hz. Tem grande capacidade de absoro de potncia, alta excurso do cone, bobinas longas. WOOFER: Reproduzem de 20 Hz a 3.000Hz. Embora os woofers possam responder de 20 Hz a atcerca de 3000 Hz, em um sistema empregando sub-woofers a sua resposta limitada s freqncias de 50 Hzat 500 Hz. Tem boa capacidade de absoro de potncia e podem em sistemas mais simples, como porexemplo os de duas vias, reproduzirem a faixa completa at 300 Hz. MID-BASS: Empregados entre 80 Hz e 500 Hz. So muito usados em sistemas multi-vias comdivisores ativos, em portas e tampes traseiros. MID-RANGE: Respondem de 300 Hz a 4.000 Hz. Rotineiramente usados em sistemas de tres oumais vias, podendo serem fechados, abertos ou tipo domo. Definem a qualidade do som, j que reproduzem afaixa de freqncias com maior presena e que necessita de mais definio. Nessa faixa est a maioria dosinstrumentos que reproduzem a melodia e tambm a voz humana. TWEETER: Emitem os agudos, de 3.000 Hz a 20.000 Hz. Normalmente bastante diretivos, sofundamentais na localizao da imagem sonora. Podem ser construdos com cone, domo ou utilizandocristais piezoeltricos.Os falantes mais comumente encontrados so do tipo eletrodinmico., pois transformam a energiaeltrica recebida do amplificador em anergia acstica por meio de um transdutor mecano-eletro-acsticoconstitudo de uma bobina mvel imersa em um campo eletromagntico mantido por um im permanente.As principais caractersticas de um falante eletrodinmico so: RESPOSTA EM FREQNCIA: Corresponde curva da presso sonora emitida pelo falantemedida em relao ao conjunto das freqncias audveis. As freqncias so eletricamente emitidas com amesma potncia nominal, de 20 Hz a 20.000 Hz. Dependendo da melhor resposta do alto-falante este classificado como sendo pertencente a um dos grupos j definidos. IMPEDNCIA NOMINAL: a resistncia caracterstica da bobina do alto-falante somada ao valorda capacitncia/indutncia, definido como o valor mnimo encontrado logo acima da ressonncia em baixafreqncia. RESISTNCIA: Definida como a resistncia hmica do fio de cobre da bobina. POTNCIA: O parmetro mais procurado e menos conhecido das especificaes. Normalmente, epela Norma Brasileira NBR 10303, a Potncia Nominal definida como a potncia mxima em watts RMS(Root Mean Square) aplicvel ao alto-falante no perodo mnimo de duas horas dentro da faixa de freqenciaspara a qual foi construdo. 42. Pgina 42A Potncia Musical surgiu como uma definio padronizada pelo IHF - Institute of High Fidelityamericano como uma forma de incorporar o programa tipicamente musical em vez de sinais senoidais smedies. considerada como sendo em trno de 2 vezes a potncia RMS.J a Potncia Musical de Pico Operacional - PMPO, corresponde ao pico do programa musical. uma forma de produzir nmeros inflacionados para impressionar o consumidor e geralmente corresponde aquatro vezes a Potncia RMS, embora alguns fabricantes cheguem a nmeros de at dez vezes. No temnenhuma confiabilidade. SENSIBILIDADE: Corresponde ao nvel de presso sonora, em dB, emitido pelo falante com umwatt RMS e a um metro de distncia. Serve para identificar os alto-falantes mais eficientes e que aproveitammelhor a potncia dos amplificadores. PARMETROS DE THIELE-SMALL: Identificam para o projetista os dados necessrios para oclculo do volume e do tipo caixa acstica mais aconselhvel para um dado falante.DIVISORES DE FREQUENCIA;Os alto-falantes empregadosCada grupo de falantes suporta somente as freqncias para as quais foi construdo.Dependendo da sofisticao, os sistemas automotivos podem empregar de duas at as cinco viasdefinidas acima.Para a separao das freqncias de modo a que cada alto-falante receba somente as que capazde reproduzir com maior fidelidade e menor distoro emprega-se o divisor de freqncias - "crossover". PASSA-BAIXAS: filtros que rejeitam progressivamente as freqncias acima de determinado valor.So usados nos subwoofers e woofers. PASSA-ALTAS: rejeitam as freqncias mais baixas. Empregados nos tweeters. PASSA-BANDA: rejeitam as freqncias abaixo de um certo valor e as mais altas acima de umoutro valor maior que o primeiro. Usados nos mid-range e mid-bass.Os divisores podem ser PASSIVOS - os mais comuns - ou ATIVOS.Os passivos so formados por capacitores e indutores conectados de forma a aceitar determinadasfreqncias e rejeitar outras. So ligados aps o amplificador e antes do alto-falantes.Os divisores ativos so mais dispendiosos e empregados em sistemas multi-vias com muitosamplificadores, bem como em sub-woofers para o aproveitamento e controle integral dos graves. Osdivisores ativos proporcionam controle total do volume de cada faixa, pontos de transio variveis e soligados entre o gerador de som com sadas de baixo nvel e o(s) amplificador(es) de potncia.ESCOLHA E MONTAGEM ( PARTE II ); AMPLIFICADORES: 43. Pgina 43Para um som realmente potente e com fidelidade indispensvel a adoo de amplificadoresseparados para grupos de alto-falantes - mdulos de potncia.No mnimo, quando so empregados sub-woofers, essencial o uso de um divisor/somador defreqncias acoplado a um mdulo de potncia.Os amplificadores podem ser encontrados nas seguintes configuraes: AMPLIFICADORES COMUNS, como os embutidos nos toca-fitas e toca-CDs: apresentam potncialimitada pela tenso contnua de 12 V fornecida pelo sistema eltrico do carro. So adequados a sistemas debaixa potncia e no comportam o emprego de sub-woofers. BOOSTERS: So estgios transistorizados de potncia, geralmente ligados em ponte (bridge) e queoperam na sada dos amplificadores comuns de toca-fitas e CDs. Apresentam relao sinal-rudo deficiente efaixa de frequncias limitada. AMPLIFICADORES DE FONTE CHAVEADA: transformam a tenso de corrente contnua da bateriaem uma tenso oscilante em alta frequncia e conseguem uma potncia de udio bem mais elevada.Quando da escolha de amplificadores, certamente o que a maioria dos consumidores faz compararespecificaes de potncia. A questo que surge at que ponto as potncias especificadas pelos fabricantesso diretamente comparveis entre si, j que normalmente no so seguidas as normas internacionais paraessas medies.Como regra, s podem ser comparadas as potncias designadas em watts RMS, a quatro ohms,medidas na integridade da faixa audvel e dentro de uma mesma quantidade mxima de distoro.Apesar da capacidade muito elevada de auto-iluso de que o crebro humano dispe, necessrioque os aparelhos utilizados sejam de qualidade pelo menos aceitvel sob certos parmetros objetivos. Noentanto, apesar dessa capacidade, no lcito esperar que o consumidor aceite qualquer produto, sem padresmnimos de qualidade. Infelizmente em nosso pas a defesa dos direitos do consumidor ainda contiunuaprecria, o que faz com que em muitos setores do comrcio verdadeiras barbaridades sejam empurradas aoconsumidor indefeso.Particularmente no udio automotivo o abuso mais visvel e constante, especialmente no annciode potncias. Em um teste real o aparelho de "100 W" e resposta de "20 Hz a 50 kHz", apresenta umdesempenho muito aqum de qualquer expectativa. Muitas vezes, ao tcnico abrir os inmeros lacres e rebitesestrategicamente colocados, vai descobrir, no "power" de cem watts, dois simples transistores acoplados a umtransformador bastante modesto.Ora, uma simples conta pode mostrar que impossvel tirar mais que 6 W reais de uma fonte decorrente contnua de 12 V ao empregar um estgio simples, como tambm um transformador modesto nopode ser de "banda larga" (mais adiante mostraremos o porqu dessas afirmaes). Estas limitaes s podemserem superadas por um projeto sofisticado usando a tecnologia de fonte chaveada.No entanto, o emprego desses expedientes to corriqueiro que j no causa mais estranheza.Assim, o booster de 8 WRMS anunciado como de 80 "watts", e quem contesta? 44. Pgina 44O problema principal discutido aqui no se o