PROJETO E IMPLEMENTAC¸AO DE UM CANAL DE UM˜ MIXER...

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELÉTRICA

CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

DIOGO EZEQUIEL BEBER

PROJETO E IMPLEMENTAÇÃO DE UM CANAL DE UM

MIXER ANALÓGICO

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

PATO BRANCO

2018

DIOGO EZEQUIEL BEBER

PROJETO E IMPLEMENTAÇÃO DE UM CANAL DE UM

MIXER ANALÓGICO

Trabalho de Conclusão de Curso degraduação, apresentado à disciplina deTrabalho de Conclusão de Curso 2, doCurso de Engenharia Elétrica do Depar-tamento Acadêmico de Elétrica – DAELE– da Universidade Tecnológica Federal doParaná – UTFPR, Câmpus Pato Branco,como requisito parcial para obtenção dotı́tulo de Engenheiro Eletricista.

Orientador: Prof. Me. Everton Luiz deAguiar

PATO BRANCO

2018

TERMO DE APROVAÇÃO

O Trabalho de Conclusão de Curso intitulado PROJETO E IMPLEMENTAÇÃO

DE UM CANAL DE UM MIXER ANALÓGICO do acadêmico Diogo Ezequiel Beber

foi considerado APROVADO de acordo com a ata da banca examinadora N◦ 213 de

2018.

Fizeram parte da banca examinadora os professores:

Everton Luiz de Aguiar

Kleiton de Morais Souza

Ricardo Bernardi

A Ata de Defesa assinada encontra-se na Coordenação do Curso de Engenharia

Elétrica

Dedico este trabalho à minha famı́lia e meus amigos.

”The joy of life comes from our encounters with new

experiences, and hence there is no greater joy than

to have an endlessly changing horizon, for each day

to have a new and different sun.”

”A alegria da vida vem de nossos encontros com no-

vas experiências e, portanto, não há alegria maior

do que ter um horizonte que se altera infinitamente,

para que cada dia tenha um novo e diferente sol.”

Christopher Johnson McCandless

AGRADECIMENTOS

Agradeço à minha famı́lia por todo o apoio durante todos os momentos.

Aos meus amigos, que com certeza ajudaram de maneira direta ou indireta. Ao meu

orientador Everton Luiz de Aguiar, que além de me orientar passou a ser um grande

amigo. Ao Célio Degaraes e todos os estagiários da sala de apoio, que também me

ajudaram durante o processo.

Meu agradecimento se estende à universidade e demais professores por

oferecerem suporte ao projeto e me dar a base necessária para a conclusão deste

trabalho, e também para meu caminho em busca do bacharelado em engenharia

elétrica.

RESUMO

BEBER, Diogo Ezequiel. Projeto e implementação de um canal de um mixeranalógico. 2018. 67 f. Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Elétrica,Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Pato Branco, 2018.

Neste trabalho é apresentado um projeto de um canal de um misturadoranalógico e sua implementação. Ele contempla as etapas de pré-amplificação, equa-lizador, inserção, fader e panpot. Cada uma das etapas é apresentada separada-mente e feito um estudo de suas topologias presentes na bibliografia utilizada comoreferência. Uma topologia é selecionada, com seus critérios de escolha descritos,para ser implementada e os cálculos para obtenção do modelo são apresentados nodecorrer do trabalho.

Na etapa de pré-amplificação, por se tratar de uma das principais tarefas docanal e possuir grande influência na qualidade sonora final é feito um estudo aprofun-dado sobre seus componentes. O equalizador, foi estudado com base nas topologiasdos livros citados e nos equalizadores presentes no mercado, bem como as seguintesetapas. O resultado final foi satisfatório pois atingiu um nı́vel de distorção harmônicaextremamente baixo, de aproximadamente 0,04%, em relação aos primeiros testesrealizados que foi acima de 1%. Cada etapa é funcional com suas caracterı́sticasdetalhadas ao longo do texto. Também são mostrados os resultados coletados, queforam se aproximaram das caracterı́sticas de produtos comerciais, juntamente com asplacas de circuito impresso.

Palavras-chave: Amp-op, amplificador, canal de áudio, equalizador, mesa de som,panpot, pré-amplificador, transistor.

ABSTRACT

BEBER, Diogo Ezequiel. Project and implementation of an analog channelstrip. 2018. 67 p. Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Elétrica, Universi-dade Tecnológica Federal do Paraná. Pato Branco, 2018.

This thesis presents a project of an analog channel strip and it’s implemen-tation. It is composed by a pre-amplifier, equalizer, insert, fader and panpot. Eachstage has it’s own section and is shown a range of possible topologies based on thereference literature. After the analysis of the topologies, one of them is chosen byit’s reasons that are explained along the text, including the implementation and themathematical modeling of the project.

In the stage of the pre-amplifier, for it’s importance as one of the main func-tions and it’s influence in the results, has a deep study for each of it’s components. Theequalizer is based on topologies suggested by books and equalizers in the market, asthe following stages. The final result was satisfactory because of it’s low level of totalharmonic distortion, approximately 0,04%, compared to the fist tests that were over1%. Every stage is functional and has it’s technical features detailed. Also the results,that reached values near to the commercial products, are shown with the pictures ofthe printed circuit boards.

Keywords: Amplifier, channel strip, equalizer, mixing console, op-amp, panpot, pre-amplifier, transistor.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Microfone dinâmico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Figura 2: Cabos de entrada para o canal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Figura 3: a) Sinal original. b) Sinal com polaridade invertida. . . . . . . . 18

Figura 4: Misturador de 8 canais e suas seções . . . . . . . . . . . . . . . 18

Figura 5: Canal de um misturador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Figura 6: Funcionamento do Pré-Amplificador . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Figura 7: Funcionamento do amplificador diferencial. . . . . . . . . . . . . 22

Figura 8: Transistor npn representado com suas camadas. . . . . . . . . 22

Figura 9: Análise por reta de carga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Figura 10: Modelo re. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Figura 11: Topologias de amplificadores com transistores. . . . . . . . . . . 25

Figura 12: Amplificador diferencial ideal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Figura 13: Amplificador diferencial com uma entrada aterrada. . . . . . . . 27

Figura 14: Equivalente CA do amplificador diferencial. . . . . . . . . . . . . 27

Figura 15: Circuito derivado do equivalente CA. . . . . . . . . . . . . . . . 28

Figura 16: Amplificador diferencial com RE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Figura 17: Amplificador diferencial com fonte de corrente. . . . . . . . . . . 29

Figura 18: Amplificador diferencial com espelho de corrente para polarização. 30

Figura 19: Fonte de corrente de Widlar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Figura 20: Amp-op com multiplicador de ganho constante e seu equiva-

lente ca. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Figura 21: Exemplos de resposta de filtros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Figura 22: Topologia Baxandall com 3 bandas. . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Figura 23: Circuito de controle do médio baxandall. . . . . . . . . . . . . . 34

Figura 24: Circuito ressonante, RLC série. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Figura 25: Circuito ressonante com circuito equivalente do indutor. . . . . . 35

Figura 26: Topologias de panpot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Figura 27: Determinando Zi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Figura 28: Pré-Amplificador com todos os elementos definidos. . . . . . . . 42

Figura 29: Circuito subtrator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Figura 30: Fonte de corrente modificada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Figura 31: a) Tensão de entrada e de saı́da b) Resposta em frequência do

pré-amplificador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Figura 32: Topologia Baxandall para controle tonal de 2 bandas. . . . . . . 45

Figura 33: Relação das frequências e os ganhos. . . . . . . . . . . . . . . 46

Figura 34: Filtro shelving passa-baixa e passa-alta com seus elementos

definidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Figura 35: Topologias equivalente do indutor. . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Figura 36: Resposta em frequência do equalizador bass com seu ganho

ajustado no máximo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Figura 37: Equalizador gráfico com seus componentes definidos. . . . . . 50

Figura 38: Resposta em frequência do equalizador. . . . . . . . . . . . . . 51

Figura 39: Circuito amplificador inversor do fader. . . . . . . . . . . . . . . 52

Figura 40: Relacionando o potenciômetro deslizante com sua porcentagem. 53

Figura 41: Circuito amplificador inversor do fader com seus componentes. 53

Figura 42: Entrada e saı́da do fader com máximo ganho. . . . . . . . . . . 54

Figura 43: Resultados do panpot no software LTspice. . . . . . . . . . . . . 55

Figura 44: Placa de circuito impresso. a) Pré-amplificador. b) Equalizador.

c) Fader e Panpot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Figura 45: Tensão de saı́da do pré-amplificador . . . . . . . . . . . . . . . 59

Figura 46: Transformada de Fourier para 16,5 dB. . . . . . . . . . . . . . . 59

Figura 47: Resposta em frequência do equalizador bass. . . . . . . . . . . 60

Figura 48: Resposta em frequência do equalizador treble. . . . . . . . . . . 61

Figura 49: Resposta em frequência do equalizador middle. . . . . . . . . . 62

Figura 50: Resultado de implementação do fader. . . . . . . . . . . . . . . 62

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Tabela de comparação de THD por variação da resistência RC. . 41

Tabela 2: Tabela de comparação entre posição do potenciômetro deslizante

e o ganho final do fader. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

Amp-Op Amplificador operacional.

CA Corrente alternada.

CC Corrente contı́nua.

CMRR Common Mode Rejection Ratio.

HF High-Frequency (agudo).

LF Low-Frequency (grave).

MID Middle-Frequency (médio).

TBJ Transistor bipolar de junção.

THD Total Harmonic Distortion (distorção harmônica total).

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.1 APRESENTAÇÃO DO TEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.2 MOTIVAÇÃO DO TRABALHO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.3 OBJETIVOS E METAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.3.1 Objetivos Especı́ficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.1 TRANSFORMANDO O SOM EM SINAL ELÉTRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.2 MISTURADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.3 PRÉ-AMPLIFICADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.4 TRANSISTORES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.5 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.6 FONTE DE CORRENTE CONTÍNUA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.7 AMPLIFICADOR OPERACIONAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.8 INSERÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.9 EQUALIZADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.10 FADER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.11 PANPOT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3 PROJETO E IMPLEMENTAÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.1 PRÉ-AMPLIFICADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.2 EQUALIZADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.3 FADER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.4 PANPOT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

4 IMPLEMENTAÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4.1 PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4.2 RESULTADOS DA IMPLEMENTAÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

5 CONCLUSÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

13

1 INTRODUÇÃO

O processamento de áudio é amplamente utilizado em estúdios de gravação,

estúdios caseiros, sistemas de sonorização ao vivo e para ensino de música. Em

tais aplicações é preciso utilizar por meio do processamento, a equalização e ajustes

que são explicados neste trabalho com o intuito de obter o resultado desejado de:

masterização no caso de estúdios, equalização para evitar microfonias no caso de

som ao vivo ou de adequar o timbre ao gosto do músico no caso do estudo da música.

Esse processamento é feito no sinal elétrico, proveniente da transformação das ondas

sonoras mecânicas.

O som, ou ondas sonoras, são variações de pressão transmitidas através

de um meio. Transdutores são utilizados para transformar as ondas sonoras, ou

variações de campo magnético, em sinal elétrico. Os transdutores comumente co-

nhecidos: microfones e captadores. A onda convertida em sinal elétrico é recebida

por meio de equipamentos denominados mixers, ou misturadores.

A mesa de som pode possuir diversos canais. Cada canal consiste em uma

entrada de sinal proveniente de um instrumento musical ou microfone. Esses canais

são os encarregados pela edição de som com seus equalizadores e a possibilidade

de incluir efeitos oriundos de equipamentos externos.

1.1 APRESENTAÇÃO DO TEMA

Atualmente as mesas de som podem ser analógicas ou digitais. Cada uma

delas possui suas peculiaridades, mas ambas têm o mesmo objetivo: misturar e editar

todos os sinais provenientes dos instrumentos musicais. Neste trabalho é projetado

um canal de uma mesa de som analógica. É dado o nome de analógica pois o sinal

na sua saı́da é análogo ao som criado pelo instrumento ou pela voz. Ou seja, o sinal

não passa por nenhum processo de amostragem para em seguida ser reconstruı́do,

como acontece nas mesas digitais.

1.2 Motivação do Trabalho 14

Uma mesa de som pode ser caracterizada como um conjunto de canais e

um equipamento para a soma dos sinais. Deste modo, cada canal pode ser cons-

truı́do de maneira independente. A qualidade dos componentes canal é de suma im-

portância pois esta relacionada diretamente com a qualidade do som que será repro-

duzido. A qualidade do som pode ser expressada por meio da baixa taxa de distorção

harmônica, e da alta relação sinal/ruı́do.

Levando em consideração a qualidade e definindo o objetivo de ter relação

com os demais produtos do mercado, as etapas do projeto são estudadas de maneira

independentes porém se baseando em modelos comerciais. Devido à variedade de

produtos existentes, apenas algumas marcas e modelos foram selecionados como

base de projeto.

1.2 MOTIVAÇÃO DO TRABALHO

Ao realizar uma pesquisa na literatura atual é difı́cil encontrar material sobre

mesas de som e seus componentes. Assim, esse trabalho procura unir as fontes

disponı́veis e sobretudo disponibilizar as informações em português (uma vez que a

maioria das referências são estrangeiras).

O protótipo de canal de mesa de som proposto nesse trabalho tem a pos-

sibilidade de tornar-se um produto de mercado, pois segue os padrões adotados pela

indústria. Uma utilidade para um canal separado de uma mesa de som pode ser em

estúdios caseiros (do inglês home-studios).

O presente trabalho também pode servir como embasamento para futuros

projetos na área de engenharia de áudio realizados pelas universidades ou entusias-

tas apaixonados pelo mundo da música e eletrônica.

1.3 OBJETIVOS E METAS

O objetivo geral deste trabalho é projetar e implementar um canal de uma

mesa de som que seja capaz de equalizar e adicionar efeitos ao sinal proveniente de

uma fonte sonora. Este equipamento será compatı́vel com placas de som, canais e

computadores do mercado.

1.3 Objetivos e Metas 15

1.3.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Neste trabalho se procurou obter informações a respeito de cada etapa do

canal de um misturador analógico, com os objetivos:

• Realizar uma pesquisa de modelos de mesas e observar suas caracterı́sticasem comum;

• Estudo para melhor compreendimento sobre transdutores;

• Analisar cada etapa de um canal e suas funcionalidades;

• Pesquisa de variadas topologias das etapas;

• Projeto das etapas, que inclui selecionar a melhor topologia e adequá-la ao tra-balho com seus nı́veis de entrada e saı́da;

• Simulação das etapas no software LTspice e obtenção dos resultados;

• Implementação do canal e obtenção dos resultados;

• Comparação dos resultados.

16

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Neste capı́tulo são abordados os temas referentes ao projeto, desde a con-

versão de onda sonora para sinal, até a etapa de saı́da do canal de uma mesa de

som. As seções foram ordenadas conforme o caminho que o sinal percorre dentro do

canal.

2.1 TRANSFORMANDO O SOM EM SINAL ELÉTRICO

Os microfones possuem uma membrana que vibra conforme as ondas so-

noras a atingem. Esta vibração move uma bobina, no caso do microfone dinâmico,

e por conta do campo magnético de um imã transforma essas vibrações em corrente

alternada, criando assim o sinal elétrico (Figura 1). Já no caso do microfone con-

densador, o espaço entre as placas altera conforme as ondas atingem o diafragma.

Isso causa uma variação na capacitância, que implica em uma variação de corrente

(RUMSEY; MCCORMICK, 2009).

Ondas sonoras

mecânicas

Membrana Bobina

Figura 1: Microfone dinâmico.Fonte: Autoria própria

Captadores funcionam de forma similar ao microfone dinâmico, porém, con-

forme a vibração das cordas do instrumento musical o campo magnético também vibra

na mesma frequência e então produz uma corrente elétrica alternada (LEMME, 2009).

Em Davis e Patronis (2014) são classificados os tipos de sinais elétricos de áudio,

conforme sua intensidade, dada por tensão eficaz:

• Nı́vel de Microfone - É o nı́vel mais baixo de todos, o qual pode ser produzido pormicrofones (com exceção do microfone condensador). Ele se situa entre 0,1 mV

e 100 mV.

2.1 Transformando o som em sinal elétrico 17

• Nı́vel de Linha - Esse nı́vel é normalmente utilizado nos equipamentos profissio-nais de áudio tais como as mesas de som, gravadores e amplificadores de alta

fidelidade (ANDERTON, 2003). O microfone condensador e os captadores de ins-

trumentos elétricos também trabalham nesse nı́vel de sinal. É considerado nı́vel

de linha um sinal entre 100 mV e 1,58 V.

• Nı́vel de Alto-Falante - É utilizado na saı́da de amplificadores, é este sinal quefaz com que grandes alto-falantes produzam o som. Este nı́vel pode atingir 10 V

ou mais.

É possı́vel perceber que os nı́veis de microfones e de captadores são bai-

xos em relação ao nı́vel de linha. Isso implica na facilidade de haver interferências,

especialmente quando é preciso levar o sinal a um lugar distante do instrumento. Du-

rante um evento, por exemplo, a mesa de som e o controle de praticamente todo o

sistema sonoro está afastado do palco são utilizados sinais balanceados. Os cabos

utilizados para levar estes sinais são o XLR (Figura 2a) e o cabo TRS (Figura 2b).

Nele passam três vias, dois sinais (hot (quente) e cold (frio)) e também o terra. Uma

das vias transmite o sinal original (hot), na outra via é transmitido o sinal original com

polaridade invertida conforme a Figura 3

(a) XLR

(b) TRS

Figura 2: Cabos de entrada para o canal.Fontes: (a) Adaptado de commons.wikimedia.org(b) Adaptado de commons.wikimedia.org

2.2 Misturadores 18

a)

b) Tempo (s)

Tensão(V

)Figura 3: a) Sinal original. b) Sinal com polaridade invertida.Fonte: Autoria própria

2.2 MISTURADORES

Muitos estúdios são conhecidos por conta de suas mesas de som. Existem

até mesmo documentários contando as histórias dos estúdios e seus equipamentos,

como é o caso do documentário Sound City (2013). No referido documentário utiliza-

se uma mesa analógica Neve 8028, na qual artistas e bandas, tais como Nirvana, Red

Hot Chili Peppers, Neil Young, Rage Against The Machine e Slipknot, gravaram.

Os misturadores são equipamentos que utilizam por padrão o sinal em nı́vel

de linha em suas etapas de edição. Apesar dos diversos modelos, quase todos se-

guem um padrão muito parecido. Eles podem ser divididos em duas seções: canais e

mestre, como é visto na Figura 4.

Canais Mestre

Figura 4: Misturador de 8 canais e suas seçõesFonte: Adaptado de clker.com

2.2 Misturadores 19

A seção dos canais é separada por faixas. Cada faixa é chamada de canal,

cada qual é utilizada como entrada de um sinal de áudio proveniente de um instru-

mento musical ou microfone. Já a seção mestre é responsável pelo controle da soma

dos sinais elétricos de todos os canais e a edição da música como um todo. Os mistu-

radores se dividem em duas classes; os analógicos possuem até 96 canais, enquanto

os digitais podem suportar mais de 500 sinais de entrada (IZHAKI, 2013). A diferença

entre os misturadores analógicos e os digitais vai além da quantidade de canais.

• Digital: Os sinais dos instrumentos são amostrados por conversores analógico/digital(A/D), e então o sinal digital resultante é editado utilizando-se processamento

digital de sinais. A vantagem desse tipo de dispositivo é a portabilidade, a possi-

bilidade de haver pré-definições, automação, memória, etc. Já as desvantagens

são os erros de quantização, a limitada taxa de amostragem, a fidelidade do

áudio e a dificuldade de manutenção corretiva (WATKINSON, 2001).

• Analógico: Os misturadores analógicos podem ser construı́dos com transistores,válvulas, amplificadores operacionais e elementos passivos. Quando bem proje-

tados, eles possuem maior fidelidade de áudio e mais facilidade de manutenção.

Em contrapartida apresentam as desvantagens de serem pesados e grandes,

além de relativamente caros (IZHAKI, 2013).

Apesar das diferenças, o exterior de ambos os misturadores são semelhan-

tes. Ambos os cabos mostrados na Figura 2 são aceitos como entrada nos canais. Os

canais possuem, geralmente, as mesmas funções e também o mesmo nı́vel de saı́da.

Nos canais do misturador, visto na Figura 4, a intensidade do sinal de áudio

utilizada é em nı́vel de linha, e isso implica que ao receber um sinal em nı́vel de

microfone é preciso amplificá-lo. Este aumento de intensidade é feito por meio de um

pré-amplificador. Depois do pré-amplificador existe a etapa na qual um sinal de efeito

pode ser adicionado, chamada de insert (do inglês ”inserção”).

Após a pré-amplificação encontra-se a etapa de entrada/saı́da auxiliar que

possibilita o músico ouvir o som de seu instrumento através de uma caixa de som.

Posteriormente existe a equalização, que permite o ajuste de amplitude de faixas de

frequência. Em seguida vem o fader um controle de volume com potenciômetro desli-

zante.

Por fim, o circuito panpot (panoramic potentiometer, potenciômetro panorâmico)

no qual existe o ajuste de estéreo. O circuito panpot duplica o sinal proveniente do

2.2 Misturadores 20

equalizador e o distribui aos dois canais de saı́da, habitualmente chamados de direita

e esquerda pois referem-se aos ouvidos (IZHAKI, 2013). O fluxo do sinal pode ser visto

na Figura 5.

Entradas {{

Equalizador {Inserção {

{

Fader {

Entrada Inserção {

Pré-Amplificador

Potenciômetro Panorâmico

Pré-Amplificador Equalizador Insert Fader Panpot

Figura 5: Canal de um misturador.Fonte: Adaptado de clker.com

As caracterı́sticas, tais como ganhos, distorção harmônica total (THD, Total

Harmonic Distortion), frequências, necessitam de um parâmetro comercial para se-

rem validadas. Para obter estes parâmetros de comparação foram utilizadas como

referência as mesas:

• Mackie 1402-VLZ4;

• Behringer Xenyx 502;

• Behringer Xenyx x1204USB.

2.3 Pré-Amplificador 21

2.3 PRÉ-AMPLIFICADOR

Os microfones dinâmicos, por exemplo, produzem o sinal no nı́vel de mi-

crofone, como todas as etapas da mesa são calculadas para trabalhar no nı́vel de

linha é necessário a amplificação do sinal (RUMSEY; MCCORMICK, 2009). Os pré-

amplificadores são utilizados para estes casos. Com um ganho regulável, nos canais

esta etapa é chamada de gain (ganho) ou trim (aparar), pois também é utilizada para

diminuir o nı́vel do sinal em casos nos quais o sinal de entrada está muito elevado.

Pré-Amp

Nível de Microfone Nível de Linha

Figura 6: Funcionamento do Pré-AmplificadorFonte: Autoria própria

Os pré-amplificadores possuem algumas singularidades em relação a ou-

tros amplificadores, como o fato de sua distorção harmônica total, ser extremamente

baixa em relação à dos amplificadores. No caso da Mackie 1402-VLZ4 a THD é de

0,0007%, na mesa Xenyx 502 é de 0,005% e na x1204USB também é de 0,005%.

É comum utilizar a distorção harmônica total na condição de parâmetro

de qualidade de um amplificador. Existem dois métodos para calculá-la. Um dos

métodos é utilizar a norma IHF A 202, na qual a distorção harmônica total é dada

pela razão entre o valor RMS de todas as componentes harmônicas e o valor RMS da

fundamental, conforme a Equação 1,

THD =

√∑ni=2 A

2if

Af=

√A22f + A

23f + . . . + A

2nf

Af. (1)

Outro é utilizar a norma IEC 268-3, na qual a THD é obtida pela razão entre

o valor RMS de todas as componentes harmônicas e o valor RMS da fundamental

somada às componentes harmônicas, conforme pode ser visto na Equação 2,

THD =

√∑ni=2 A

2if∑n

i=1 A2if

=

√A22f + A

23f + . . . + A

2nf√

A2f + A22f + A

23f + . . . + A

2nf

. (2)

Ambas expressões resultam em valores próximos para THD menores ou

iguais a 10%. Como a maioria dos equipamentos possuem distorções harmônicas

totais de aproximadamente 1%, qualquer uma das expressões é válida para o cálculo

(BORTONI, 2002).

2.4 Transistores 22

Outra caracterı́stica dos pré-amplificadores, é em relação ao sinal balance-

ado. Os pré-amplificadores, geralmente, possuem um amplificador diferencial. Este

amplificador diferencial, que recebe o sinal original e o com a polaridade invertida

(mostrados na Figura 3), pode amplificar ambos os sinais e possui uma alta relação

de rejeição de modo comum, conhecida como CMRR, isso significa que, como o ruı́do

é o mesmo para ambos os sinais, ele diminui substancialmente o ruı́do de modo co-

mum, como mostra na Figura 7.

+

-

a

-a

2a

Figura 7: Funcionamento do amplificador dife-rencial.Fonte: Adaptação de BORTONI (2002).

2.4 TRANSISTORES

O primeiro transistor foi apresentado em 1947 na Bell Telephone Labora-

tories, criado para substituir as válvulas pois são menores, mais leves e não neces-

sitam de aquecimento, isso leva a uma maior eficiência (BOYLESTAD; LOUIS, 2004). A

construção interna dos transistores é feita a partir de dois materiais semicondutores

dopados, um deles criando regiões com cargas negativas (n) e outro com cargas po-

sitivas (p). A partir destes materiais são construı́dos os transistores npn e o pnp, o

primeiro com duas camadas n e entre elas uma camada p, o segundo com duas ca-

madas p e a outra n. É chamado de transistor bipolar de junção (TBJ) justamente por

possuir os materiais com polarização oposta (BOGART, 2001).

pC

CB

E

E

B

VCCVEE

IC

IC

IBIB

IE

IE

Figura 8: Transistor npn representado com suas camadas.Fonte: Adaptação de Boylestad e Louis (2004).

2.4 Transistores 23

A Figura 8 mostra a construção interna do transistor de um transistor npn.

Pela Lei das Correntes de Kirchhoff, a corrente do terminal coletor (IC) é somada com

a corrente do terminal base (IB), a soma resulta na corrente do terminal emissor (IE),

IE = IC + IB. (3)

Aplicando a Lei de Kirchhoff das tensões, obtem-se

VCE = VCB + VBE, (4)

na qual VCE representa a tensão entre coletor e emissor; VCB a tensão en-

tre coletor e a base e VBE a tensão entre a base e o emissor.

O transistor funciona como um amplificador de pequenos sinais em corrente

alternada. Assim, para qualquer projeto de amplificador eletrônico, é necessário com-

preender a ação do transistor. Essa compreensão ocorre por meio das respostas em

corrente contı́nua (CC) e em corrente alternada (CA). Isso é possı́vel pois o teorema

da superposição é aplicável, ou seja, a análise CC e a análise CA, podem ser feitas

separadamente para o entendimento do circuito por completo. Apesar das análises

das respostas do circuito poderem ser feitas separadamente, uma das componentes

necessárias para a análise CA depende da análise CC (BOYLESTAD; LOUIS, 2004).

Com as tensões CC fixas é definido o ponto de operação, também chamado

de ponto quiescente, que indica as correntes CC e tensões CC no transistor, elas

devem ser suficientes para polarizar o transistor, ou seja, atingir um nı́vel mı́nimo e

que não ultrapassar o nı́vel máximo, entrando na saturação do componente (BOGART,

2001). Cada transistor possui seus nı́veis definidos em sua folha de dados (também

conhecido como datasheet).

Um método utilizado para encontrar o ponto quiescente do circuito, é a

análise por reta de carga. Esta análise implica em sobrepor dois gráficos, um que

relaciona as curvas caracterı́sticas do dispositivo (IC e VCE para diferentes valores

de IB); outro que leva em consideração a equação da tensão de saı́da para quando

IC = 0 e para VCE = 0. Um gráfico exemplar pode ser observado na Figura 9b, no qual

o circuito na configuração polarização fixa da Figura 9a é analisado e sua equação de

saı́da levando em consideração RC como resistor de carga é

VCE = VCC – ICRC. (5)

2.4 Transistores 24

VCC

VCE

+

_

RC

IC

IB

RB

(a) Circuito na

configuração polarização

fixa.

VCE

IBQ

Ponto Q

VCC0

VCCRC

IC

Reta de carga

(b) Gráfico para a análise por reta de

carga.

Figura 9: Análise por reta de carga.Fonte: Adaptado de Fonte: Adaptação de Boylestad e Louis (2004).

Para que a análise CA de um transistor TBJ seja feita, é necessário pri-

meiramente encontrar um modelo para pequenos sinais deste componente. Como

foi descrito em Boylestad e Louis (2004), o modelo é uma combinação de elementos

que se aproximam ao máximo do funcionamento real do componente semicondutor

sob condições especı́ficas de operação. Existem três modelos, o modelo re, modelo

hı́brido equivalente e o modelo π hı́brido. O mais utilizado atualmente é o modelo reque será apresentado a seguir.

No modelo re seus fatores são estabelecidos pelas condições reais de

operação. É dado este nome pois um dos fatores importantes no transistor é a re-

sistência entre o emissor e a base (chamada de re). Entre o emissor e a base de

um transistor se considera um diodo polarizado diretamente, ou seja, a análise para

encontrar a resistência re é a mesma feita para se obter a resistência dinâmica de um

diodo (BOGART, 2001). Deste modo, o valor aproximado de re, a 27oC, é re ≈ 0,026IE .

Este modelo também apresenta uma fonte de corrente no coletor controlada

pela corrente na base com um ganho de β. O β de cada transistor é dado em sua folha

de dados, ele representa o ganho da corrente IC em relação à corrente IB. Assim

como o β, o valor da resistência ro também esta na folha de dados do transistor, ele

se refere à resistência de saı́da. A resistência ro também pode ser obtida dada pela

inclinação das curvas representadas no gráfico da Figura 9b, ou seja, ro =ΔVCEΔIC

.

Como geralmente ro é muito grande é considerado como circuito aberto e em alguns

projetos não é levado em consideração.

2.4 Transistores 25

βre βIb ro

b c

e

Figura 10: Modelo re.Fonte: Adaptação de Boylestad e Louis (2004).

Existem diversas topologias para utilizar o transistor como amplificador, al-

gumas delas são mostradas na Figura 11.

Vcc

Polarização por divisor de tensão

Vcc

Vcc

Vcc

Vcc

Polarização fixa Seguidor de emissor

Realimentação do coletor

Base-comumPolarização com emissor sem desvio

Vcc

VEE

Figura 11: Topologias de amplificadores comtransistores.Fonte: Adaptação de BOGART (2001).

2.5 Amplificador Diferencial 26

2.5 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

O amplificador diferencial amplifica dois sinais de tensão igualmente e pos-

sui duas saı́das, uma para cada sinal, ou seja, possui uma entrada dupla e uma saı́da

dupla. É utilizado em modo especial em equipamentos de áudio por conta de sua

caracterı́stica de alta CMRR. Este circuito amplifica o sinal diferencial e rejeita o que

há de comum em ambas as entradas. Como o ruı́do é comum para os dois sinais de

entrada ele acaba não sendo amplificado como o sinal principal (BOYLESTAD; LOUIS,

2004).

A versão ideal do amplificador diferencial (Figura 12) é construı́do com

dois transistores e uma fonte de corrente contı́nua, cada transistor está em uma

configuração que lembra emissor-comum, com a entrada em sua base e a saı́da pelo

coletor. Para que o amplificador diferencial funcione idealmente, os dois transistores

possuem parâmetros idênticos (β, re, etc.), também é chamado de par casado. Além

disso, a fonte de corrente contı́nua ideal é considerada um circuito aberto para o sinal

CA.Vcc

Vi1 Vi2

Vo1 Vo2

RCRC

Q1 Q2

fonte de

corrente

constante

Figura 12: Amplificador diferencial ideal.Fonte: Adaptação de BOGART (2001).

O teorema de superposição pode ser aplicado ao amplificador diferencial,

deste modo, é possı́vel observar a tensão de saı́da com apenas uma das entradas,

como mostra a Figura 13 (BOGART, 2001). Considerando Q1 em configuração emissor

comum, então a sua tensão de saı́da (vo1) é a tensão de entrada (vi1) amplificada e

com polaridade invertida. Existe também uma tensão (ve1) no emissor de Q1 ocasio-

nada pelo fato da tensão do emissor seguir as variações da tensão da base.


Vcc

Vi1

Vo1 Vo2

RCRC

Q1 Q2

fonte de

corrente

constante

Ve1

Figura 13: Amplificador diferencial com uma en-trada aterrada.Fonte: Adaptação de BORTONI (2002).

A tensão de emissor é a mesma para Q1 e Q2, porém, como a base de Q2é aterrada, quando a tensão ve1 é positiva a tensão base-emissor de Q2 fica negativa.

Com essa tensão de base de Q2 é possı́vel afirmar que existe uma tensão de saı́da

vo2 de mesma amplitude (com polaridade invertida) da tensão vo1. O que indica ser

possı́vel seu uso para amplificação mesmo em casos de sinais não balanceados.

Para calcular o ganho de um amplificador diferencial é necessário usar mo-

delos de transistores como visto na seção anterior, a seguir será calculado o ganho

para um amplificador diferencial com uma entrada simples.

β1re1 β1Ib1

B1 C1

E1

RC

Vo1

Vi1 β2re2β2Ib2

B2C2

E2

RC

Vo2

Vi2 = 0V

Ib1 Ib2

IC2IC1

Figura 14: Equivalente CA do amplificador diferencial.Fonte: Adaptação de Boylestad e Louis (2004).

Uma vez que a fonte de corrente contı́nua ideal pode ser considerada como

uma resistência infinita (BOYLESTAD; LOUIS, 2004), se pode obter o circuito da Figura

15


β2re2

β1re1

Vi1

Ib

Figura 15: Circuito derivado do equivalente CA.Fonte: Adaptação de Boylestad e Louis (2004).

Como os transistores são ideais e casados, é possı́vel obter as equações

do circuito da Figura 15,Vi1 = Vi,

re1 = re2 = re,

β1 = β2 = β,

Ib =Vi

2βre,

IC = βIb = βVi

2β× re=

Vi2re

.

Como Vo = ICRC,

Vo =RC2re× Vi. (6)

Assim, a equação do ganho de tensão de um amplificador diferencial com

uma entrada simples é dado pela equação:

Av =VoVi

=RC2re

. (7)

Analisando desta mesma forma para um circuito com entrada dupla:

Av =VoVi

=RCre

. (8)

Apesar de ser possı́vel obter transistores casados, não é garantido que

eles tenham a mesma resposta para as diversas variações de temperatura. As res-

postas diferentes podem fazer com que o amplificador funcione de uma maneira não

desejável, o ganho de um lado seja diferente do outro, isso significa que o amplificador

está desbalanceado. Como o ganho depende da resistência re e ela se altera com a

temperatura, é plausı́vel a ideia de adiciona resistores entre o emissor e a fonte de

corrente contı́nua, como é mostrado na Figura 16, para que o ganho não dependa

2.6 Fonte de Corrente Contı́nua 29

somente de re (BOGART, 2001).Vcc

Vi1 Vi2

Vo1 Vo2

RCRC

Q1 Q2

fonte de

corrente

constante

RE RE

Figura 16: Amplificador diferencial com RE.Fonte: Adaptação de Boylestad e Louis (2004).

Dado que uma fonte de corrente contı́nua ideal não existe, na seção 2.6 são

apresentados alguns modelos para substituı́-la e servirem como circuitos de polarização.

2.6 FONTE DE CORRENTE CONTÍNUA

Atualmente são utilizados transistores como fontes de corrente contı́nua em

amplificadores diferenciais. Um exemplo de modelo é mostrado na Figura 17.Vcc

Vi1 Vi2

Vo1 Vo2

RCRC

Q1 Q2

-VEE

Q3

R3R1

R2

Figura 17: Amplificador diferencial com fonte de corrente.Fonte: Adaptação de BOGART (2001).

2.6 Fonte de Corrente Contı́nua 30

O cálculo para determinar a corrente da fonte de corrente da Figura 17 é

feito pela equação

VB3 = –VEE

(R2

R1 + R2

). (9)

No caso do transistor de silı́cio:

VE3 = VB3 – 0, 7, (10)

IE3 =|VEE| – |VE3|

R3. (11)

Um método comum de polarização aplicada em circuitos integrados é apre-

sentado na Figura 18. Na figura, Q1 e Q2 formam um espelho de corrente (BOGART,

2001). Considerando que os parâmetros β1 e β2 dos transistores da fonte de corrente

possuem valores acima de 100 e casados, a corrente constante I é aproximadamente

IX,

IX =VCC + |VEE| – 0, 7

RB. (12)

Vcc

Vi1 Vi2

Vo1 Vo2

RCRC

Q1 Q2

-VEE

Q4

RB

Vcc

IX I

Q3

Figura 18: Amplificador diferencial com espelho de corrente parapolarização.Fonte: Adaptação de BOGART (2001).

2.7 Amplificador Operacional 31

Outro modelo popular em circuitos integrados é a chamada fonte de cor-

rente de Widlar, mostrado Figura 19. Neste modelo, a corrente I é uma fração de IX,

determinada pelo resistor R. Comparado com a fonte de corrente anterior é como se

apenas trocasse o resistor de lugar, porém, este método tem a vantagem de utilizar

um resistor menor para fornecer a mesma corrente. A corrente neste caso é

I=IXe–IRVT . (13)

Q2Q1

R

IX I

-VEE

0,7 V

+

-

IB

Figura 19: Fonte de corrente de Widlar.Fonte: Adaptação de BOGART (2001).

2.7 AMPLIFICADOR OPERACIONAL

O amplificador operacional (ou Amp-Op) possui esse nome pelo fato de

que com ele é possı́vel fazer operações matemáticas do sinal de entrada, como soma,

subtração, integração e derivação da tensão. Segundo BOGART (2001), existem al-

gumas caracterı́sticas para ser um amplificador operacional, tais como:

• CMRR muito alta;

• ganho de tensão muito alto;

• impedância de entrada muito alta;

• impedância de saı́da muito baixa.

2.8 Inserção 32

A entrada de todo amp-op é um amplificador diferencial, contudo, como a

impedância de cada entrada deve ser alta, esse amplificador diferencial é construı́do

com dispositivos FETs ou então um circuito de alta impedância de entrada deve ser

colocado antes dele, como um seguidor de emissor.

O fato do amplificador operacional obter um ganho de tensão elevado é

dado por meio de múltiplos estágios de amplificação em que um deles é o amplificador

diferencial e um dos estágios seguintes é um amplificador com saı́da simples (BOGART,

2001).

Vi

R1

+

-

Rf

Vo

(a) Amp-op com multiplicador de ganho

constante.

AvVi

RoVo

RiVi

R1Vi

Rf

(b) Circuito equivalente ca do amp-op com

multiplicador de ganho constante.

Figura 20: Amp-op com multiplicador de ganho constante e seu equivalente ca.Fonte: Adaptado de Fonte: Adaptação de Boylestad e Louis (2004).

Como o resistor Ri é muito grande, pode ser considerado infinito em razão

disso o amplificador operacional possui uma caracterı́stica chamada de terra virtual

(ou curto virtual). Quando o ganho global (VoV1 ) é 1, significa que Vi é tão pequeno que

pode ser considerado 0 V, apesar disso, não existe corrente entre a entrada e o terra,

por este motivo é chamado de terra virtual (BOYLESTAD; LOUIS, 2004).

2.8 INSERÇÃO

Apesar dos misturadores possuı́rem componentes e etapas projetadas para

a melhor qualidade, muitas vezes se deseja adicionar efeitos ou equalização de fontes

externas. Por essa razão existe a etapa de inserção, que serve como ponto de saı́da

e de entrada do sinal.

Essa etapa do canal, quando conectado um equipamento externo, inter-

rompe o caminho do sinal para envia-lo ao equipamento, em seguida o equipamento

retorna com o sinal processado para seguir pelas etapas seguintes do canal. Algu-

mas mesas possuem um botão em que é selecionado o destino do sinal provindo do

equipamento externo, geralmente antes ou depois do equalizador.

2.9 Equalizador 33

2.9 EQUALIZADOR

Os equalizadores são equipamentos construı́dos com filtros shelving passa-

alta, passa-baixa e filtros gráficos, que permitem alterar o sinal provindo do pré amplifi-

cador. No equalizador há faixas de frequências distintas. Existem faixas de frequências

responsáveis pelos graves, médios e agudos(WALKER, 2018).

Passa-baixa Passa-alta Passa-banda Rejeita-banda

Frequência

Resposta

Figura 21: Exemplos de resposta de filtros.Fonte: Everest (2001).

A diferença dos filtros shelving para os filtros convencionais é que com ele

é possı́vel aumentar ou diminuir a amplitude do sinal para cada faixa de frequência, ou

banda. Tem também a caracterı́stica de não afetar as demais frequências fora da faixa.

O filtro gráfico possui a mesma caracterı́stica de aumentar ou diminuir a amplitude do

sinal, porém funciona como um passa-banda, realizando isso entre uma determinada

faixa de frequência. Assim o equalizador possui maior controle sobre as bandas, com

maiores possibilidades de equalização (WALKER, 2018).

Existem equipamentos especı́ficos para equalização de alta fidelidade que

são geralmente utilizados para correção de acústicas do ambiente, balanço tonal da

fonte, dentre outros motivos. Já os equalizadores empregados às mesas, ou aos

canais delas, são mais para o uso criativo do que corretivo (SELF, 2014).

O músico, ou quem esteja controlando a mesa, consegue alterar certas

caracterı́sticas do som do instrumento deixando-o mais único. É possı́vel fazer com

que o instrumento seja ouvido nitidamente e mais definido. Em uma mesa, é utilizado

também com o intuito de unir adequadamente todos os instrumentos (OWSINSKI, 2013).

Nos canais das mesas, são tipicamente empregados equalizadores de 3

bandas, responsáveis pelo grave, médio e agudo, também são denominados como

Low-Frequency (LF), Middle-Frequency (MID) e High-Frequency (HF), respectivamente.

Algumas mesas mais sofisticadas possuem também o ajuste da frequência média,

ou seja, altera a frequência central do filtro passa-banda. Segundo Walker (2018) as

frequências pertencentes à banda grave são abaixo de 250 Hz, as frequências médias

são entre 250 Hz e 4 kHz, já as frequências acima de 4 Khz são chamadas de agudo.

2.9 Equalizador 34

Uma das topologias mais conhecidas no áudio para equalizadores é a de

Baxandall. A primeira vez que publicou o seu trabalho, em 1952 na revista Wire-

less World, ele era extremamente complexo e era possı́vel controlar o grave e agudo,

porém, com o tempo, adaptações foram feitas pois alguns componentes eram difı́ceis

de serem encontrados, até mesmo para a indústria (SELF, 2014).

R1 R2

R3 R4

R5

RPot1

RPot2

C1

C2

Vi Vo

R6 R7

RPot3

C3

C4

Figura 22: Topologia Baxandall com 3 bandas.Fonte: Adaptação de Giles e Bohn (1980).

Muitas vezes, o filtro gráfico, Figura 23, é incluı́do ao circuito Baxandall,

criando um equalizador de três bandas (Figura 22). Apesar de ser econômico, pois

utiliza apenas um amplificador operacional para as três bandas, seu equacionamento

é muito complexo (GILES; BOHN, 1980). Por este motivo, se procurou outras topologias.

Uma das topologias é baseada no controle tonal de frequências médias aplicado ao

equalizador de três bandas. Outra topologia, é a RLC série, ou circuito ressonante

(Figura 24). Essa topologia, segundo Greiner e Schoessow (1983), é uma das mais

utilizadas em equalizadores gráficos do mercado.

RpotC1

C2

R2

R1

R4

R3

Vi

Vout

Figura 23: Circuito de controle do médio baxandall.Fonte: Adaptação de Self (2014).

2.9 Equalizador 35

Vi

R

R

Vo

R

C

L

RPot

Figura 24: Circuito ressonante, RLC série.Fonte: Adaptação de Greiner e Schoessow (1983).

O circuito RLC é usualmente substituı́do pelo circuito RC, no qual o indutor

é trocado pelo equivalente RC ativo (GREINER; SCHOESSOW, 1983). O circuito com o

projeto equivalente do indutor é mostrado na Figura 25.

Vi

R1

R2

Vo

R4

C2

RPot

C1

R3

Figura 25: Circuito ressonante com circuito equivalente do indutor.Fonte: Adaptação de Carter (2001).

2.10 Fader 36

2.10 FADER

A etapa do fader, diferente das anteriores que utilizavam um potenciômetro

rotativo, é composta por um potenciômetro deslizante. Tem como objetivo aumentar ou

diminuir a amplitude do sinal de saı́da simplesmente deslizando o botão. Isso permite

o ajuste de volume de saı́da do instrumento ligado neste canal.

Nesta etapa do canal é possı́vel utilizar diversas topologias para amplificar

o sinal. Geralmente se escolhe um ajuste de volume ativo por possuir a vantagem

de não se preocupar com quanto de ganho será necessário antes e depois do ajuste.

O fader usualmente possui um ganho de até 10dB. Outra função do amplificador do

fader é isola-lo da carga do panpot (SELF, 2014).

Apesar do canal mostrar o fader depois da etapa panpot, no circuito ele

esta entre o equalizador e o panpot. Pois na etapa seguinte o sinal se divide em dois,

com o fader antes é necessário apenas um amplificador, economizando no projeto e

facilitando o ajuste.

2.11 PANPOT

O panpot, ou potenciômetro panorâmico, é um circuito que distribui na

proporção escolhida pelo usuário a amplitude do sinal de determinado canal para o

canal direito ou esquerdo. Como consequência, é o elemento na mesa responsável

por agregar à musica a sensação de espacialidade (IZHAKI, 2013). Essa espaciali-

dade é essencial para gravações, nas quais quem esta controlando a mesa quer que

o ouvinte tenha a sensação de estar de frente para a banda, sabendo localizar onde

estão situados cada instrumento. Nas mesas, normalmente, são utilizados topologias

de panpots passivas, ou seja, sem amp-op, mas existem também panpots ativos. Eles

auxiliam na redução de ruı́dos nos misturadores da mesa (SELF, 2014).

Na Figura 26 são apresentadas algumas topologias utilizadas nos canais.

Em mesas mais sofisticadas é encontrado também um buffer (amplificador de ganho

unitário) para reduzir a impedância de saı́da e, por consequência, diminuir os ruı́dos

quando todos os canais são somados pelo misturador (SELF, 2014).

2.11 Panpot 37

Vi

R1

RPot

VR

VL

R2

R3

R4

a) Topologia panpot com um potenciômetro.

Vi

RPota

VR

VL

RPotb

R

R

b) Topologia panpot com potenciômetro duplo.

Figura 26: Topologias de panpot.Fonte: Adaptação de Self (2014).

38

3 PROJETO E IMPLEMENTAÇÃO

Neste capı́tulo são selecionadas a topologias para as etapas do canal, jun-

tamento com o cálculo para a obtenção do projeto, simulações e implementação. Os

resultados da implementação são mostrados no final do capı́tulo.

3.1 PRÉ-AMPLIFICADOR

Tomando como base os estudos do capı́tulo anterior, entre as topologias

apresentadas, a que mais se aproxima dos resultados desejadosp ara o pré-amplificador

é do amplificador diferencial apresentada em BOGART (2001) (Figura 18). Como a

fonte de corrente para a polarização do circuito, a topologia de espelho de corrente,

apresenta alta impedância não é necessário o resistor RE para que o ganho não se

altere com a temperatura.Para variar o ganho do pré-amplificador, um potenciômetro

duplo como divisor resistivo é colocado na entrada do sinal. Com o ganho fixo do am-

plificador diferencial a amplitude do sinal de entrada varia e assim se obtém um sinal

de saı́da com o ganho desejado.

O primeiro parâmetro a se definir ao projetar qualquer amplificador é seu

ganho. Consultando os canais tomados como referências para esse projeto, chegou-

se à conclusão de que um amplificador com ganho entre 40dB a 45dB no pré amplifi-

cador é o padrão e por isso foi o adotado. Outro parâmetro é a resistência de entrada,

que como sugere Self (2014) deve ser entre 1 kΩ a 2 kΩ.

Realizando os cálculos para se chegar a um ganho que relacione a tensão

de entrada e de saı́da,

A(dB) = 20× log10(

VoutVin

). (14)

Como A = VoutVin , em que Vout é a tensão de saı́da e Vin é a tensão de

entrada, utilizando a Equação 14 com o valor de A(dB) = 45,

A = 177, 83.


Para obter os valores dos resistores necessários para a topologia utilizada,

é requerido os dados do transistor utilizado. Foi escolhido o transistor 2n2222 e seus

parâmetros estão descritos na folha de dados do dispositivo (FAIRCHILD SEMICONDUC-

TOR, ). Além disso, é necessário obter os transistores do circuito diferencial com an-

tecedência, uma vez que estes transistores pode ter parâmetro β diferentes. Foram

selecionados dois transistores com β de aproximadamente 172.

Quanto à polarização, uma corrente com o valor muito baixo não é o ideal

para o pré-amplificador por conta dos resistores que acabam tendo valores muito gran-

des devido suas equações, tanto do espelho de corrente quanto do amplificador dife-

rencial, na faixa de alguns mega ohms (os cálculos utilizados são mostrados a seguir).

O problema de resistores com grandes valores, como aponta Self (2014), é que pro-

duzem ruı́do no sinal.

Com o intuito de melhorar o projeto, a corrente escolhida foi de 1 mA. Para

obter tal corrente na topologia de espelho de corrente, segundo a Equação 12, em

que IX ≈ I, o resistor é dado por

RB =VCC + |VEE| – 0, 7

IX. (15)

Para essa equação é necessário também definir os valores das tensões CC

do amplificador diferencial. Como o amp-op selecionado é o NE5532, que é apresen-

tado ao decorrer desta seção, e suas tensões de alimentação são de +15V e de -15V,

então estas foram selecionadas como tensões do amplificador diferencial, facilitando o

projeto que necessitará de apenas uma fonte simétrica para o funcionamento. Assim,

o cálculo do resistor é feito utilizando a Equação 15 e adotando VCC = 15, VEE = –15

e IX = 1× 10–3, obtendo assim o valor de

RB = 29300 Ω.

O resistor disponı́vel mais próximo desse valor é de 33 kΩ. Por conta do

aumento no resistor, a corrente diminui para aproximadamente 0, 8879 mA. Como

mostra a Equação 8, o ganho no amplificador diferencial com duas saı́das é dado pela

divisão de RC por re. Calcula-se então o re,


re =0, 026

IE, (16)

como a corrente que passa pelo emissor do transistor é a metade da fonte

de corrente,

IE =0, 8879

2.

Com a Equação 16 e IE, o valor de re é obtido,

re ≈ 58, 56.

Para obter o ganho desejado de 177,83, e tendo o valor de re ≈ 58, 56, oresistor RC é obtido por meio da Equação 8,

RC = 10413, 72 Ω.

Como é considerado um amplificador diferencial com duas saı́das, uma

com o sinal amplificado e outra com o sinal amplificado e polaridade invertida, é ne-

cessário um circuito subtrator para que atinja o ganho calculado anteriormente. O

circuito utilizado é um subtrator simples com um amp-op, o diferencial deste circuito é

o amplificador operacional que foi selecionado, um NE5532. Este amp-op é especı́fico

para áudio pois possui baixo ruı́do, pouca distorção e uma alta velocidade de varredura

(conhecida como slew rate) (TEXAS INSTRUMENTS, 2015).

A norma 60268-3 (ABNT, 2010), que normatiza equipamentos de sistemas

de som na classe dos amplificadores, explica que um sinal com um THD abaixo de 1%

o ouvido humano não é capaz de diferenciar daquele sem distorção. Apesar disso,

como citado anteriormente, os pré-amplificadores de mesas de áudio, possuem um

THD extremamente baixo. Por esse motivo, se buscou uma melhoria no projeto.

Por meio das simulações, é possı́vel observar que a variação da resistência

RC afeta o THD do pré-amplificador. Em buscar de um valor ótimo para esta aplicação,

vários testes foram feitos e se chega ao valor de 27 kΩ. Com esse valor é possı́vel

obter um ganho máximo próximo a 45dB e ainda possuir um THD baixo.


RC (kΩ) THD

5 0,368070%

10 0,110731%

15 0,053150%

20 0,042440%

25 0,040062%

30 0,039463%

35 0,074105%

Tabela 1: Tabela de comparação de THD por variação da resistência RC.Fonte: Autoria própria

Também na simulação é feita a medição da impedância de entrada. Como

existe o divisor resistivo na entrada, é possı́vel escolher o resistor que fica em paralelo

com o circuito. O valor escolhido foi de 1, 5 kΩ. A medição da impedância de entrada

é feita para o pior cenário, quando o ganho é máximo, ou seja, curto-circuitando o

potenciômetro de entrada.

Vs Vi

Zi

I

R

Sistema

de duas

entradas

Figura 27: Determinando Zi.Fonte: Adaptação de Boylestad e Louis (2004).

Para medir a impedância de entrada, coloca-se um resistor de valor co-

nhecido em uma das entradas e a outra é aterrada. A seguir um sinal senoidal, de

amplitude conhecida, é aplicado à entrada com o resistor e a tensão pico-a-pico é

medida depois do resistor (BOYLESTAD; LOUIS, 2004).


Seguindo a lei de Ohm,

Vi =Zi × VsZi + R

, (17)

Zi = –Vi × RVi – Vs

. (18)

Com um sinal de entrada de 20 mVpp e um resistor de 1 kΩ, a tensão pico-

a-pico medida depois do resistor foi de aproximadamente 11, 2 mVpp. Sendo assim,

com a Equação 18, obtém-se uma impedância de entrada Zi = 1272, 73 Ω.

Levando e consideração que o sinal em nı́vel de microfone varia entre

0, 1 mVrms e 100 mVrms, o sinal de entrada considerado como padrão do projeto é

de 75 mVrms com a entrada balanceada, o que equivale a 150 mVrms em casos com

uma única entrada. O ganho foi ajustado em 16.5 dB para que a amplitude do sinal

de saı́da seja de 1 Vrms pois é o valor utilizado em amplificadores de potência (SELF,

2014).+15 V

Vi1 Vi2

Vo1 Vo2

27 k�

Q1 Q2

-15 V

Q4

33 k�

+15 V

Q3

27 k�

15 k�15 k�

Pot. Duplo Pot. Duplo

Figura 28: Pré-Amplificador com todos os elementos definidos.Fonte: Autoria própria.

As flechas do potenciômetro duplo da Figura 28 indicam um sentido de giro.


Vout

Vo1

Vo2

10 kΩ

10 kΩ

10 kΩ

10 kΩ

Figura 29: Circuito subtrator.Fonte: Autoria própria.

Entre as saı́das do amplificador diferencial e as entradas do circuito subtra-

tor é colocado um circuito buffer. O buffer serve para que as impedâncias do subtrator

não afetem o funcionamento do amplificador diferencial.

Esta topologia, na prática, apresentou uma variação muito grande no va-

lor da corrente da fonte de corrente conforme a mudança de temperatura. Levando

em consideração o motivo e a solução, apresentados no Seção 2.5, são colocados

resistores no emissor de cada transistor da fonte de corrente. Estes resistores não

resultam numa diminuição de corrente significativa.

-15 V

Q4

33 k�

+15 V

Q3 1,5 k�

1,5 k�

Amp. Diferencial

Figura 30: Fonte de corrente modificada.Fonte: Autoria própria.

3.2 Equalizador 44

Com essas caracterı́sticas, na simulação, foram obtidos os seguintes resul-

tados: a)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Tempo (s) ×10-3

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Tensão (

V)

Entrada

Saída

b)

100

101

102

103

104

105

106

Frequência (Hz)

-5

0

5

10

15

20

Magnitude (

dB

)

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

Fase (

º)

Resposta em Frequência

Figura 31: a) Tensão de entrada e de saı́dab) Resposta em frequência do pré-amplificador.Fonte: Autoria própria.

A Figura 31a mostra a tensão de entrada, Vin, de 150 mVrms e a saı́da

do pré-amplificador diferencial, Vout, de 1 Vrms. Este ganho de tensão é mostrado na

Figura 31b, sendo equivalente a 16,5 dB. Na Figura 31b é possı́vel observar a resposta

em frequência do pré-amplificador diferencial, que possui um ganho constante até um

valor de frequência além da frequência audı́vel.

3.2 EQUALIZADOR

Por meio da análise entre as opções de topologias de equalizadores estu-

dadas, a topologia Baxandall é selecionada como sendo a melhor opção por ser muito

utilizada em outros canais do mercado. Devido à complexidade de análise da topolo-

gia com três bandas, é decidido utilizar a topologia Baxandall para os filtros shelving

passa-alta e passa-baixa.

3.2 Equalizador 45

R2

C1

Vi

R1 R1

R4 R3R3

C2

R5

Vout

Figura 32: Topologia Baxandall para controle tonal de 2 bandas.Fonte: Adaptação de Giles e Bohn (1980).

Em frequências baixas, os graves, a impedância dos capacitores é muito

elevada, assim eles são considerados circuito aberto. Já em altas frequências a im-

pedância é pequena suficiente para ser considerada como curto circuitos. Os ganhos

são controlados pelos potenciômetros R2 e R4 (SELF, 2014).

O livro de Giles e Bohn (1980) sugere as seguintes equações para o projeto

do filtro shelving passa-baixa:

fL =1

2π× R2 × C1, (19)

fLB =1

2π× R1 × C1, (20)

AVB = 1 +R2R1

, (21)

considerando AVB positivo.

Para o filtro shelving passa-alta, as equações são:

fH =1

2π× R3 × C2, (22)

fHB =1

2π× (R1 + R3 + 2R5)× C2, (23)

3.2 Equalizador 46

AVT = 1 +R1 + 2R5

R3, (24)

considerando R4 > R1 + R3 + 2R5.

-3

+3

0

fLB fHBfL fH

AVB

-AVB

AVT

-AVT

Frequência (Hz)

Ganho (

dB)

Figura 33: Relação das frequências e os ganhos.Fonte: Adaptação de Giles e Bohn (1980).

Em que fL é a frequência escolhida para o grave em que o ganho será±AVBquando o potenciômetro estiver em um dos extremos. Já fLB, é a frequência na qual o

ganho, quando estiver no máximo, será ±3 dB. O mesmo vale para as variáveis comrelação às frequências para o agudo.

Seguindo como referências os canais selecionados a frequência para o

grave (fL) utilizada é 80 Hz com um ganho de ±15 dB que, por meio da Equação 14,é equivalente a aproximadamente 5,62 . Primeiramente, o capacitor C1 é escolhido

com valor de 100 nF, aplicado à Equação 19,

R2 ≈ 20000 Ω.

Assim, para que o ganho AVB seja igual a 5,62, o valor de R1 é obtido

utilizando a Equação 21

R1 ≈ 4300 Ω.

3.2 Equalizador 47

Após o cálculo do equalizador para frequências baixas, são calculados os

resistores para o shelving passa-alta. Considerando um capacitor C2 = 2, 2 nF e

adotando como frequência fH o padrão do mercado para o passa-alta, 12 kHz, se

utiliza a Equação 22. Deste modo é possı́vel encontrar o valor para o resistor R3,

R3 ≈ 6000 Ω.

Com o valor de R1, R3 e sabendo que o ganho deve ser de aproximada-

mente 5,62, a Equação 24 é manipulada para se obter o valor de R5,

R5 ≈ 12000 Ω.

20 k�

Vi

Vout

4,3 k� 4,3 k�

100 nF

3 k�3 k� 50 k�

12 k�

2,2 nF

Figura 34: Filtro shelving passa-baixa e passa-alta com seus ele-mentos definidos.Fonte: Autoria própria.

Para o controle de frequências médias é escolhido a topologia RLC, circuito

ressonante, com o indutor emulado por meio de seu circuito equivalente. Não haver

necessidade de utilizar indutor significa obter um protótipo mais barato e mais fácil de

construir.

3.2 Equalizador 48

L

C

R

(a)

C2

C1

R5

R4

(b)

Figura 35: Topologias equivalente do indutor.Fonte: Adaptação de Greiner e Schoessow (1983).

Como apresentado em Carter (2001), a equação para da indutância para o

circuito equivalente é dada por

L = (R5 – R4)× R4 × C1. (25)

Para melhor compreensão dos efeitos e seu funcionamento, é feita a análise

matemática do circuito e então obtida a função transferência. Assim, com o auxı́lio do

software Matlab é possı́vel observar a atuação do equalizador, idealizando seus com-

ponentes, diferentemente da análise por meio de simulações que tenta se aproximar

ao máximo do resultado real.

A função transferência que representa o ganho(

VoVi

)para o sistema é

H = (C2×L×RB–C2×L×RA)s2+(C2×R×RA+C2×RA×RB–C2×RA×R4+C2×RB×R4)s+RB–RA

(C2×L×RB–C2×L×RA)s2+(C2×R×RB+C2×RA×RB–C2×RA×R4+C2×RB×R4)s+RB–RA.

(26)

Na Equação 26, RA e RB representam o potenciômetro.

Como se tem a equação de transformação para o indutor e o seu equiva-

lente, é possı́vel analisar o circuito sendo um RLC ressonante. Com isso, algumas

referências demonstram métodos para seu equacionamento. Dentre eles a equação

para a frequência central de ressonância (ω0), apresentado em Rice (2015):

ω0 =1√

L×C2. (27)

3.2 Equalizador 49

Como ω0 = 2π×f0,

f0 =1

2π×√

L×C2. (28)

Sendo um padrão da indústria, a frequência média do equalizador MID é

2500 Hz. São selecionados os valores para C1, C2 e R5, seguindo o procedimento

apresentado no artigo de Carter (2001) e no livro de Grainger e Stevenson (1994), os

valores serão 1, 5 nF, 100 nF e 100 kΩ, respectivamente.

Com a Equação 28, obtém-se L = 40 mH. Quando substituı́do na Equação

25, o valor de R4 é dado por uma equação de segundo grau, sendo assim, possui

duas respostas

R4 =

(–100269, 74

269, 74

). (29)

Como não é possı́vel um resistor negativo, a única resposta coerente é

R4 = 269, 74 Ω. Com estes valores, é possı́vel ver sua resposta no MATLAB para

conferir o ganho total do equalizador.

-20

-10

0

10

20

Magnitude (

dB

)

101 102 103 104 105 106-90

-45

0

45

90

Fase (

deg)

Diagrama de Bode

Frequência (Hz)

Figura 36: Resposta em frequência do equalizador bass com seuganho ajustado no máximo.Fonte: Autoria própria.

3.2 Equalizador 50

Como o ganho apresentado na Figura 36 esta acima do necessário, dois

resistores de mesmo valor são adicionados (150 Ω), um em cada terminal externo do

potenciômetro. Eles operam criando o efeito de que o potenciômetro não atinge seu

valor mı́nimo e máximo, assim é possı́vel colocar um limite no ganho do equalizador

para que fique dentro do padrão de 15 dB.

Vi Vo

3 k�

3 k�

10 k�

300 �

100 k�

1,5 nF

100 nF

Figura 37: Equalizador gráfico com seus componentes definidos.Fonte: Autoria própria.

Uma caracterı́stica apresentada pela topologia da Figura 37 é a inversão de

fase. Esta caracterı́stica não necessariamente é um problema, porém, para conservar

a polaridade absoluta do sinal é importante utilizar um circuito inversor (SELF, 2014).

Neste trabalho para a inversão será utilizado um circuito apresentado na Seção 3.3 .

Os resultados deste circuito no software LTspice são apresentados na Fi-

guras 38.a)

100

101

102

103

104

105

106

Frequência (Hz)

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Magnitude (

dB

)


Frequência: 81.28

Magnitude: 11.88

Frequência: 81.28

Magnitude: -11.88

3.3 Fader 51

b)

100

101

102

103

104

105

106

Frequência (Hz)

-15

-10

-5

0

5

10

15

Magnitude (

dB

)


Frequência: 1.202e+04

Magnitude: 11.38


Magnitude: -11.37

c)

100

101

102

103

104

105

106

Frequência (Hz)

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Ma

gnitu

de

(d

B)


Frequência: 2512

Magnitude: 16.63

Frequência: 2512

Magnitude: -16.62

Figura 38: Resposta em frequência do equalizador.Fonte: Autoria própria.

As frequências escolhidas também se situam na faixa desejada. Nas Figu-

ras 38a e 38b é possı́vel observar um ganho 20% abaixo do esperado. Na 38c, mostra

o ganho do equalizador mid 11% maior que o calculado.

3.3 FADER

Apesar de não parecer quando se observa externamente a arquitetura de

um canal, a etapa do fader é anterior ao panpot. Isso porque é muito mais fácil e

barato ter apenas um amplificador para o sinal proveniente do equalizador, do que

dois para os sinais posteriores ao panpot.

3.3 Fader 52

Como descrito na Seção 3.2, nesta etapa é necessário inverter o sinal. Com

isso em mente, as topologias sugeridas por Self (2014) para o ganho, não são viáveis

pois seriam necessários dois amp-ops um deles com a função de amplificar o sinal e

outro para inverter-lo.

O circuito escolhido para esta etapa do canal é uma topologia que muitos

livros de eletrônica demonstram, sendo um deles (BOYLESTAD; LOUIS, 2004), um ampli-

ficador inversor. Além de ser utilizado em algumas mesas para fazer a soma de sinais

segundo Self (2014), o que já traz uma confiança em sua eficácia, esta topologia

também serviu como opção por apresentar uma THD muito baixa.

Vout

Vi

R1

R2

Figura 39: Circuito amplificador inversor do fader.Fonte: Autoria própria.

A equação do ganho do amplificador inversor é dada por

VoVi

= –R2R1

, (30)

o sinal negativo indica a inversão da polaridade doa entrada.

Para obter o ganho de 10 dB, VoVi = 3, 16, assim é fácil equacionar os resis-

tores pois R2 = 3, 16 × R1. São selecionados os valores R1 = 1 kΩ e R2 = 3 kΩ, poissão valores comerciais. O ganho passa a ser de aproximadamente 9,6 dB, levando a

uma diferença de 0,4 dB em comparação ao estipulado, porém esta variação não é

tão significativa na prática.

Com o amplificador do fader já calculado é possı́vel escolher o potenciômetro

deslizante. Para calcular o valor do potenciômetro deslizante exato, seria necessário

obter todos os valores de impedâncias dos estágios anteriores e posteriores para en-

contrar, assim, é decidido o valor de 20 kΩ e feito testes no simulador LTspice. No

teste, foi possı́vel obter a seguinte tabela de valores, na qual a porcentagem é dada

conforme a posição do potenciômetro deslizante em relação ao referencial, como mos-

tra a Figura 40.

3.3 Fader 53

100%

0%

Figura 40: Relacionando o potenciômetro deslizante com sua por-centagem.Fonte: Autoria própria.

Posição (%) Ganho (dB)

100 9,56

90 -0,3

80 -4,9

60 -10,2

10 -19,43

0 –∞

Tabela 2: Tabela de comparação entre posição do potenciômetro deslizante e o ganhofinal do fader.Fonte: Autoria própria

Entre o potenciômetro deslizante e o circuito amplificador inversor é colo-

cado um filtro passa alta com frequência de corte em 0,0226 Hz e na saı́da desta

etapa um capacitor de 47 μF. Ambos têm o intuito de evitar nı́vel CC na saı́da do

canal.

Vout

Vi1 k�

3 k�

20 k�

47 uF

150 k�

47 uF

Figura 41: Circuito amplificador inversor do fader com seus com-ponentes.Fonte: Autoria própria.

3.4 Panpot 54

O resultado da simulação do fader com seu máximo ganho é apresentado

na Figura 42

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Tempo (s) ×10-3

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5T

en

sã

o (

V)

Entrada

Saída

Figura 42: Entrada e saı́da do fader com máximo ganho.Fonte: Autoria própria.

Considerando a entrada do fader de 1,41 Vrms, a Figura 42 mostra que o

ganho máximo é de 9,54 dB.

3.4 PANPOT

Das topologias mostradas na seção 2.11 a que mais se mostra interessante

é a 26b por possuir menor número de resistores. Apesar do potenciômetro duplo

ocasionar diminuição na amplitude do sinal quando este não está em seus extremos

(todo o sinal passando para apenas um dos canais de saı́da). Esta diminuição da

amplitude é de -6 dB, ela não é contabilizada no final do canal, porém, pode ser

compensada com o uso da etapa anterior.

O valor do potenciômetro duplo é independente pois sua funcionalidade

esta ligada à sua proporcionalidade entre os dois potenciômetros. Sendo assim, é

escolhido um potenciômetro duplo de 20 kΩ. Os resultados apresentados no software

de simulação LTspice são mostrados na Figura 43.

3.4 Panpot 55

a)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Tempo (s) ×10-3

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

Te

nsã

o (

V)

Saída Direita

Saída Esquerda

b)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Tempo (s) ×10-3

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Te

nsã

o (

V)

Saída Direita

Saída Esquerda

c)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Tempo (s) ×10-3

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Tensão (

V)

Saída Direita

Saída Esquerda

Figura 43: Resultados do panpot no software LTspice.Fonte: Autoria própria.

Na Figura 43a, o potenciômetro é posicionado ao centro, tornando as re-

sistências iguais, ambos os sinais possuem a mesma amplitude. O giro do potenciômetro

até seu extremo esquerdo (giro anti-horário) é observado na Figura 43b, na qual é

possı́vel observar o aumento da amplitude no sinal da saı́da esquerda e a diminuição

da amplitude no sinal da saı́da direita. O contrário ocorre ao girar o potenciômetro no

sentido horário, como é observado na Figura 43c.

56

4 IMPLEMENTAÇÃO

Neste capı́tulo são apresentados os resultados obtidos por uma plataforma

experimental que é composta por uma fonte CC simétrica de bancada Instrutherm

FA 3030, um gerador de função Rigol DG1022 e um osciloscópio Tektronix TDS 2012C.

As placas de circuito impresso apresentadas na Seção 4.1 são de fenolite e o método

utilizado para a impressão foi térmico.

As imagens apresentadas neste capı́tulo foram obtidas com o osciloscópio.

A função para gravar os dados possui um número limitado de pontos, a maioria das

imagens apresentadas aqui foi de 2500 pontos.

4.1 PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO

Nesta seção são apresentadas fotos das placas de circuito impresso. Ape-

sar do canal ser apenas um componente, foi escolhido a implementação em módulos

para facilitar a obtenção dos resultados e em casos de modificação de um circuito, não

haver a necessidade de alterar todas as etapas.

a)

+15 V

GND

-15V

Entradas

e GND

Sa das

Ajuste de ganho

4.1 Placas de circuito impresso 57

b)

+15 V e -15V

Entrada

e GND

Bass

Sa das

Treble

Mid

c)

+15V

-15V

Sa das

Fader

Panpot

Entrada

GND

Figura 44: Placa de circuito impresso. a) Pré-amplificador. b) Equa-lizador. c) Fader e PanpotFonte: Autoria própria.

4.2 Resultados da implementação 58

Os potenciômetros vistos na Figura 44 não são ideais para a utilização

em equipamentos de áudio por conta de sua qualidade de construção e por conta

disso sendo uma possı́vel causa de ruı́dos. A Figura 44a mostra o módulo de pré-

amplificação, a Figura 44b o módulo de equalização e, por fim, a 44c apresenta o

fader e a etapa de saı́da panpot.

Na Figura 44a é possı́vel observar um cabo jack macho de 3,5 mm, utili-

zado para testes com músicas. Por ser construı́do em módulos, a conexão do sinal,

bem como a de alimentação, é feita por meio de cabos fêmea-fêmea para as etapas

demonstradas nas Figuras 44b e 44c.

4.2 RESULTADOS DA IMPLEMENTAÇÃO

Com exceção dos resultados do equalizador, os quais necessitam a variação

de frequência, os demais foram feitos seguindo a norma NBR 60268-3 ABNT (2010).

Essa norma indica como referência de frequência o valor de 1 kHz.

Os resultados do pré-amplificador são mostrados na Figura 45. As imagens

apresentadas mostram os resultados para diferentes ganhos.

a)

Tempo (s) ×10-3

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Tensão (

V)

0 0.5 1 1.5 2


b)

-4

-2

0

2

4

Tensão (

V)

Tempo (s) ×10-30 0.5 1 1.5 2 2.5

Figura 45: Tensão de saı́da do pré-amplificadorFonte: Autoria própria.

A Figura 45a mostra a saı́da do pré-amplificador com uma entrada de 150

mVrms e o ganho ajustado para o valor de referência de saı́da do projeto, 1 Vrms,

apresentado na Seção Em uma entrada do pré-amplificador é colocado um sinal de

0,150 Vrms por meio de um gerador de função. O ganho do pré-amplificador para este

caso é de 16,5 dB.

Para obter a resposta da Figura 45b, o ganho é posicionado no máximo

com uma entrada de 20 mVrms. O ganho máximo atingido pelo pré-amplificador im-

plementado é de 52 dB. Devido à falta de equipamentos especı́ficos para este tipo

de medição, não foi possı́vel obter o THD do circuito pré-amplificador para o ganho

adotado no projeto de 16,5 dB. Analisando a transformada de Fourier (FFT - fast fou-

rier transform), obtida com o osciloscópio, não é observável nenhuma componente

harmônica que possa ser considerada como distorção, como pode ser visto na Figura

46.

0 1000 2000 3000 4000 5000

Frequência (Hz)

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Magnitude (

dB

)


Figura 46: Transformada de Fourier para 16,5 dB.Fonte: Autoria própria.


Como não é possı́vel realizar a resposta em frequência como as apresen-

tadas na Seção 3.4, se varia a frequência no gerador de função e é observada a

variação de amplitude do sinal por meio de um osciloscópio. O resultado é anotado e

adicionado a uma tabela. Essa tabela em seguida é transformada em um gráfico para

melhor visualização.a)

101

102

103

104

105

Frequência (Hz)

0

2

4

6

8

10

Ma

gn

itu

de

(d

B)


Frequência: 80

Magnitude: 6.6

b)

101

102

103

104

105

Frequência (Hz)

-25

-20

-15

-10

-5

0

Ma

gn

itu

de

(d

B)


Frequência: 80

Magnitude: -14

Figura 47: Resposta em frequência do equalizador bass.Fonte: Autoria própria.

A Figura 47a mostra a resposta em frequência para o equalizador bass em

seu ganho máximo. Atingindo o ganho de 6.6 dB em 80 Hz. Quando ajustado para

seu menor valor, a magnitude do sinal é de -14 dB, o que equivale a 93% do resultado

calculado.


a)

101

102

103

104

105

Frequência (Hz)

0

5

10

15

Magnitude (

dB

)



Magnitude: 12.9

b)

101

102

103

104

105

Frequência (Hz)

-15

-10

-5

0

Magnitude (

dB

)



Magnitude: -11.4

Figura 48: Resposta em frequência do equalizador treble.Fonte: Autoria própria.

Na Figura 48a é apresentado o resultado do equalizador treble com seu

ganho máximo, atingindo 12,9 dB na frequência de 12 kHz, 86% do valor calculado e

obtido na simulação. Quanto ao valor mı́nimo, se deu em -11,4 dB para a frequência

de 12 kHZ.

Apesar do filtro Baxandall não atingir os valores calculados e simulados,

seu efeito é perceptı́vel aos ouvidos quando colocado um sinal de áudio. Além disso,

os resultados mostram que as faixas de frequência estão dentro das esperadas para

esta etapa de equalização.


a)

101

102

103

104

105

Frequência (Hz)

0

2

4

6

8

10

12

14

Ma

gn

itu

de

(d

B)


Frequência: 2500

Magnitude: 14

b)

101

102

103

104

105

Frequência (Hz)

-20

-15

-10

-5

0

Ma

gn

itu

de

(d

B)


Frequência: 2500

Magnitude: -17.7

Figura 49: Resposta em frequência do equalizador middle.Fonte: Autoria própria.

A equalização de frequências médias funcionou dentro do esperado, como

mostrado na Figura 49. O ganho máximo ficou apenas 6,7% abaixo do seu valor

calculado e em sua maior atenuação ficou 18% acima do valor calculado.

0 1 2 3

Tempo (s) ×10-3

-3

-2

-1

0

1

2

3

Tensão (

V)

Entrada

Saída

4 5

Figura 50: Resultado de implementação do fader.Fonte: Autoria própria.


O resultado da implementação do fader é observado na Figura 50. Para a

obtenção da imagem o fader foi posicionado em seu maior ganho, referente ao 100%

da Figura 40. A prática se mostrou coerente à simulação. O ganho final do fader

é de 9,56 dB. A Figura 50 também apresenta a inversão de polaridade referente ao

amplificador selecionado na Seção 3.3.

64

5 CONCLUSÕES

A Seção 2.1 evidencia os diferentes nı́veis de amplitude dos sinais elétricos

conforme a sua etapa no sistema sonoro. Essa amplitude é levada em consideração

quando o objetivo é o processamento do áudio, seja por meio de equalizadores, am-

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