Clipping versus Alto-Falantes e o Clip Limiter da HotSound

As duas principais conseqncias de ter um amplificador clipando so:

Distoro insuportvel; Risco para os alto-falantes.

As primeiras todos ouvem, mas a segunda nem sempre, pois acontece nos alto-falantes, sempre isolados dentro das caixas acsticas nem sempre recebem a ateno de que precisam.

De um modo no muito rigoroso pode-se dizer que, quanto mais o sinal se parece com uma senide menos potncia RMS ele desenvolve, e quanto mais o sinal se aproxima de uma onda quadrada maior ser a potncia RMS desenvolvida no alto-falante.

Uma situao mais perigosa acontece quando o amplificador distorce severamente, ou clipa. Como exemplo, vamos considerar um amplificador (sem limiter) de 100WRMS, ligado uma caixa acstica de 4 ohms e excitado por um sinal puro, do tipo senoidal, de baixa distoro harmnica. Primeiro o sinal como visto em um osciloscpio, depois a sua composio harmnica e o valor da distoro (no canto superior direito) e depois a potncia RMS produzida nos falantes.

0 1m 2m 3m 4m 5m 6m-33

-22

-11

0

11

22

33

Xa: 5.980m Xb: 0.000 Yc: 33.00 Yd:-33.00

a-b: 5.980mc-d: 66.00

freq: 167.2

Ref=Ground X=1m/Div Y=voltage

d

cb a

A

13 1.51k 3.01k 4.51k 6.01k 7.51k 9.01k 0

4.76

9.52

14.3

19

23.8

28.6

Xa: 9.000k Xb: 0.000 Yc: 28.57 Yd: 0.000

a-b: 9.000k c-d: 28.57

THD: 0,1%

Ref=Ground X=1.5k/Div Y=voltage

d

c b a

A

109.4 WRef=(Not Used)

Agora aumentamos ligeiramente o volume e observamos no osciloscpio que o sinal distorce severamente, ou clipa; mas apesar de sua amplitude (tenso de pico) aumentar muito pouco, a potncia RMS medida quase dobra. A causa justamente o aumento de amplitude dos harmnicos, que pode ser visto (em zoom) e comparado com as figuras anteriores. Neste caso a distoro hrmonica chegou a 17,2%!.

0 1m 2m 3m 4m 5m 6m-37.8

-24.7

-11.5

1.63

14.8

27.9

41.1

Xa: 5.974m Xb: 0.000 Yc: 56.00 Yd:-37.54

a-b: 5.974mc-d: 93.54

freq: 167.4

Ref=Ground X=1m/Div Y=voltage

d

cb a

A

13 1.51k 3.01k 4.51k 6.01k 7.51k 9.01k 0

6.67

13.3

20

26.7

33.3

40

Xa: 9.000k Xb: 0.000 Yc: 40.00 Yd: 40.00

a-b: 9.000k c-d: 0.000

THD: 17.2%

Ref=Ground X=1.5k/Div Y=voltage

d c b a

A

Hrmonicos que no estavam presentes no primeiro espectro de amplitudes

191.7 WRef=(Not Used)

Esse aumento da potncia RMS na carga continuar com o aumento do volume de entrada e no caso considerado em que o amplificador fornecia pouco mais de 100W, ele acabar por despejar nos alto-falantes, uma potncia de quase 3 vezes sua nominal, provocando sobrecarga nas bobinas, caso os altos-falantes estejam dimensionados para a potncia nominal do amplificador (100W).

no apenas isso. Vale ainda uma observao. comprovado que bons alto-falantes so extremamente resistentes para suportar sobrecargas de at 100% da potncia mxima, em se tratando de picos musicais sem distoro. Porm so extremamente frgeis se estiver presente no udio distoro harmnica em excesso, ou pior ainda, se o som estiver clipando (ceifando ou seja, com muita distoro harmnica). Bons alto-falantes so facilmente destrudos se exigidos a baixas potncias, em regime de alta distoro ou clipamento.

Nesse caso as causas so mecnicas. Devemos lembrar que os cones dos alto-falantes movimentam-se em resposta ao sinal eltrico. Se o sinal for bastante puro, ele vai ser parecido com uma senide e o movimento do cone ser do tipo harmnico simples, que se caracteriza por ser bastante suave.

Por outro lado, sinal com muita distoro se parece mais com uma onda quadrada, rico em altos harmnicos e o movimento no ser mais suave, mas to mais brusco quanto mais distorcido ele for.

Da surgem uma das causas mais comuns e menos compreendidas de danos mecnicos em alto-falantes. Falantes destrudos por amplificadores de baixa potncia so bastante comuns.

Agora que tal um amplificador que nessa mesma situao no clipasse, que, de maneira imperceptvel, contornasse os problemas de esgotamento de potncia sozinho, sem exigir a interveno do operador.

E como isso possvel? Assim: o Clip Limiter que equipa todos os amplificadores HotSound cuida de monitorar o sinal que o amplificador recebe, efetua sua anlise e determina a quantidade de potncia que ser necessria naquele momento.

Esta a principal funo do processador Clip Limiter. Ele monitora, por todo o tempo, o sinal e o mdulo de potncia e ao se aproximar do ponto crtico, aciona um limiter que no permitir o ganho de potncia a partir deste ponto por conseqncia o amplificador no vai clipar.

Importante frisar que no se trata de um limitador comum, o seu limiar de atuao (threshold) no fixo, mas varia de acordo com as possibilidades do momento, do tipo de sinal, da impedncia da carga, etc

Lembrando que uma rede AC com tenses abaixo da ideal diminui a potncia do amplificador. Mas esta queda indesejvel da potncia total disponvel tambm monitorada pelo Clip Limiter, que impedir o clipamento. A potncia cai, mas distoro e clipamento no vo atrapalhar o seu trabalho.

Agora ningum mais precisa queimar seus falantes e drivers!

Um abrao;

Marcelo Barros Fsico, HotSound - Pesquisa & Projetos marcelo@hotsound.com.br