Entenda mais sobre os segredos dos Amplificadores de Áudio.

É isso aí. O amplificador é o coração de um sistema de sonorização porque é responsável por distribuir energia às caixas acústicas. Os equipamentos de áudio trabalham internamente com baixos níveis de corrente e tensão no processamento do sinal (da ordem de milivolts e miliampères), que não são suficientes para excitar um sistema de alto-falantes ou caixas acústicas. A reprodução sonora por meio de um sistema de caixas acústicas exige maior potência e é aí que entram os amplificadores, que recebem sinais de outros equipamentos tais como consoles de mixagem, equalizadores, crossovers etc, e os transforma em sinal capaz de estimular os circuitos do alto-falante (Figura 1).

Classes de Operação

Chama-se classe de operação de um amplificador ao modo como os transistores do estágio de saída estão associados para proporcionar menor distorção do sinal e o melhor rendimento.

Há diversas classes de operação, mas as mais freqüentemente empregadas na construção de amplificadores para aplicação no áudio são as AB e H.


Amplificadores Classe AB

Os amplificadores da classe AB apresentam menor eficiência – relação entre a potência fornecida e a potência consumida, sendo expressa em valores de porcentagem (%) – em matéria de aproveitamento de energia, gerando assim, mais calor. São maiores em tamanho, mais pesados e em geral mais caros.

Com relação à amplificação dos sinais, apresentam melhor desempenho na faixa de médios e agudos (2 a 20 kHz) gerando sinais mais cristalinos, suaves e mais bem definidos.

Em geral, como são projetados para operarem na faixa de médios e agudos, que exigem menos potência para sua amplificação, os inconvenientes citados no primeiro parágrafo deste tópico são minimizados de forma aceitável.


Amplificadores Classe H

Estes amplificadores são projetados para trabalhar de forma bastante eficaz na faixa dos graves (subgraves, graves e médio-graves), oferecendo alta potência com segurança, economia, qualidade e fidelidade.

No que diz respeito à eficiência, apresentam resultados bem melhores que os da classe AB, chegando à marca dos 80%.

Quando amplificadores da classe H são utilizados para amplificação de médios e agudos, o resultado é seco, “crespo” e sem definição nos drivers e tweeters.

Potência de Saída

Chama-se potência de saída à potência que o amplificador pode entregar continuamente ao sistema de caixas acústicas sem que a distorção harmônica total (THD) ultrapasse 1%.

Para equipamentos com dois canais, há duas formas de nos referirmos à potência: total ou por canal. A potência total é o dobro da potência por canal.


Carga

Os fabricantes informam, nos manuais, a carga que o amplificador pode suportar sem se danificar. Este parâmetro é expresso em ohms (Ω) e está relacionado com a associação das caixas acústicas a ele conectadas.

A maioria dos amplificadores está projetada para operar com cargas entre 2 Ω e 8 Ω. Devemos ter o máximo cuidado quando conectarmos caixas ao amplificador procurando sempre conhecer a impedância total do conjunto.

Nunca conecte ao amplificador um sistema de caixas acústicas com impedância inferior ao especificado. Você estará correndo o risco de danificar seriamente o equipamento.

Relação Potência de Saída-Carga

A potência do sistema de caixas está diretamente relacionada à carga com que o amplificador está operando, ou seja, o sistema de caixas desenvolverá maior potência acústica dependendo de quanto mais próximo estiver a sua impedância do valor de impedância do amplificador.

A utilização de sistemas de caixas com valores numéricos de impedância maiores que o mínimo especificado pelo fabricante do amplificador em uso resultará, apenas, em um nível menor de potência sonora no sistema, enquanto a utilização de um sistema sonofletor com valor de impedância menor que o valor de carga do amplificador ocasionará sérios danos ao equipamento.

A máxima transferência de potência do amplificador para as caixas ocorrerá quando o sistema estiver operando com cargas iguais: impedância do conjunto de caixas igual à impedância do amplificador.

Resposta de Freqüência

A resposta de freqüência é outra especificação técnica fornecida pelo fabricante do equipamento, que é de suma importância na hora da aquisição e utilização de um amplificador.

Em função do espectro de audição humana (20 Hz a 20 kHz), é sempre desejável que a resposta de freqüência do amplificador possa atuar nessa faixa de forma plana. Consideramos que uma resposta é plana se a variação em todo o espectro é de 0 a –3 dB.

Portanto, podemos considerar uma resposta de freqüência ideal aquela que vai de 20 Hz a 20 kHz, com uma variação menor que 3 dB (20 Hz a 20 kHz; +0, -3 dB ou 20 Hz a 20 kHz 0/-3 dB).

Distorção Harmônica Total (THD)

Todo sinal elétrico aplicado a um circuito amplificador, ao ser processado por este, sofre modificação. A esta modificação do sinal original dá-se o nome de distorção.

A distorção harmônica total, ou THD, é um parâmetro informado pelo fabricante do equipamento que nos revela o nível de distorção introduzida no sinal original pelo circuito do amplificador, e vem expressa em valor de porcentagem (%). A taxa de distorção harmônica varia com a freqüência e com a amplitude do sinal de saída.

Em geral, nos amplificadores que utilizam dispositivos de estado sólido (equipamentos transistorizados), a THD atinge seu valor mínimo próximo à potência máxima. Nos amplificadores classe H, a distorção aumenta à medida que a freqüência se aproxima dos valores mais altos.

Quanto menor for o valor de THD, menor será a distorção inserida no sinal original. Quaisquer equipamentos com THD abaixo de 0,2% podem ser considerados de boa qualidade.

Os valores típicos de mercado são:


– amplificadores para sonorização – < 0,2%
– amplificadores para uso doméstico – < 0,1%
– amplificadores de referência para estúdio – < 0,05%
– amplificadores high end – < 0,02%

Slew Rate ou Taxa de Variação do Sinal

Slew Rate é a taxa de variação do sinal de saída de um amplificador por unidade de tempo. Pode-se, ainda, entender a slew rate como a velocidade com que o amplificador consegue fazer variar no tempo sua tensão de saída. Sua unidade é volt/microssegundo ().

Quando a taxa de variação é muito baixa, os sinais de saída com grande amplitude e alta freqüência não são reproduzidos adequadamente em função da incapacidade do amplificador em acompanhar, com a rapidez necessária, estas variações do sinal. Essa inadequação do amplificador causa uma distorção conhecida como slew induced distortion (distorção induzida por slew rate) ou SID, que produz agudos ásperos e/ou “raspados”.

Quanto maior é a slew rate, maior é a capacidade do amplificador em trabalhar programas com grande faixa dinâmica.

Damping Factor ou Fator de Amortecimento


O fator de amortecimento é a razão entre a impedância nominal do alto-falante (Z_L) e a impedância de saída do amplificador (Z_O), sendo, por isto, adimensional. É importante observar que Z_O não é a impedância de carga (2Ω, 4Ω, 8Ω etc) do amplificador, mas valores mais baixos referentes aos transistores utilizados no circuito de amplificação do equipamento.

Para que um alto-falante reproduza fielmente o sinal enviado pelo amplificador, este deve possuir impedância de saída a mais baixa possível, de forma que o falante “enxergue” um curto-circuito na saída do amplificador, o que impede que o transdutor vibre em sua freqüência de ressonância, evitando ruídos inconvenientes.

Como o fator de amortecimento é função das impedâncias e a impedância varia com a freqüência, deduz-se que o fator de amortecimento também varia com a freqüência, sendo comum sua diminuição nas altas freqüências.

Altos valores do fator de amortecimento são desejados nos projetos dos bons amplificadores. Valores abaixo de 100 são considerados ruins enquanto valores acima de 500 são excelentes.

É importante observar que, como função da impedância, o fator de amortecimento é alterado pela adição do componente R (resistência) dos fios que conectam o amplificador às caixas. Cabos de caixas mal dimensionados podem reduzir drasticamente o fator de amortecimento, comprometendo o desempenho do sistema.

Sensibilidade

A sensibilidade é o parâmetro que informa qual o nível do sinal de entrada que leva o amplificador à potência nominal (aquela especificada pelo fabricante).

O amplificador é mais sensível à medida que necessita de menor nível de sinal de entrada para atingir a máxima potência na saída.


A sensibilidade é um parâmetro fornecido pelo fabricante e costuma ser expressa em V, dBu ou dBV.

Quanto menor o valor da sensibilidade, mais sensível é o amplificador, tornando-o adequado à manipulação de sinais que possuam amplitudes pequenas, como os originados por instrumentos musicais tais como o violão, proporcionando uma reprodução do sinal original rica em detalhes.

Tabela de Características Técnicas

Característica Técnica	Melhor Condição
Classe de Operação	AB para médios e agudos
	H para graves
Potência de Saída	Potência RMS com THD < 1%
Carga	ZL = ZCARGAÞ Máxima Transferência de Potência
Resposta de Freqüência	20 Hz a 20 kHz; +0, -3 dB
THD	< 0,2%
Slew Rate	> 25
Fator de Amortecimento	> 500
Sensibilidade	Quanto menor, mais sensível

Esta tabela pode ajudar você na escolha de um novo amplificador. Os amplificadores parecem equipamentos simples e nunca damos a eles a devida importância por não observar corretamente seus parâmetros técnicos. Normalmente nos preocupamos com sua potência de saída e quando muito com a impedância de carga. Mas a observância destas outras características do equipamento, com certeza nos dará a capacidade de escolher um modelo mais adequado à nossa atividade e, por isto, mais eficiente.


Balanceamento de Sinais

David Fernandes
Uma das perguntas mais constantes que ouço quando presto consultoria ou ministro um treinamento é a seguinte: O que é balanceamento e para que serve?

Dificilmente ouvi uma explicação sobre esse assunto que tenha sanado as dúvidas dos interessados. Ouvi respostas do tipo “se houver dois condutores e uma malha, o cabo é balanceado”, ou “balanceamento é um aterramento”, ou ainda “o sistema balanceado elimina todos os ruídos”.

Na verdade, a definição de balanceamento contém um pouco de cada uma dessas idéias e vai além. Infelizmente, não posso pretender que você entenda o conceito de balanceamento sem abordar o assunto com um enfoque apoiado na Eletrônica, uma vez que o balanceamento é um fenômeno genuinamente eletrônico. Mas não se preocupe muito, tentarei fazer isso da forma menos dolorosa possível.

O que é balanceamento?

A principal finalidade do balanceamento é o cancelamento ou minimização de ruídos, de natureza eletromagnética, induzidos nos cabos do sistema de áudio.

O termo balanceamento se refere a uma técnica que aplica um sinal elétrico à entrada de um circuito eletrônico e obtém dois sinais simétricos em sua saída: sinais de mesma amplitude e freqüência, mas com fase invertida (vide Figura 1).

Esses sinais são enviados, por meio de um cabo composto por dois condutores e malha, até o circuito de entrada do próximo estágio do sistema. Na entrada do estágio seguinte há outro circuito eletrônico que reconhece os sinais simétricos e os recompõem num só.

Os circuitos empregados na técnica de balanceamento de sinais são baseados em amplificadores diferenciais.

Ops, você vai dizer… “lá vêm você com esses temos técnicos…”

Muito bem… deixe-me tentar explicar…

Os Amplificadores Diferenciais

Os amplificadores diferenciais (vamos chamá-los de ampdif) são circuitos eletrônicos, com duas entradas e duas saídas, construídos a partir de transistores e resistores, associados de forma a gerar sinais nas saídas que dependerão da forma como foram aplicados nas entradas.

Esses amplificadores podem operar de três formas básicas:entrada simples, entrada dupla em fase (ou em modo comum) e entrada dupla simétrica (ou em modo diferencial). Vamos entender:

Amplificadores Diferenciais Operando com Entrada Simples

Consideremos a operação do ampdif com um único sinal de entrada aplicado ao terminal 1. Pode-se observar na Figura 2a que enquanto o sinal aplicado ao terminal 1 é amplificado e invertido no terminal 3, ele sofre apenas amplificação no terminal 4. Se aplicarmos o sinal de entrada no terminal 2, observaremos o sinal amplificado e invertido no terminal 4 e o sinal apenas amplificado no terminal 3.

Está acompanhando o raciocínio?

Figura 2 – Amplificador Diferencial com Entrada Simples

Podemos afirmar, então, que o ampdif operando com entrada simples gera dois sinais amplificados, simétricos e de mesma amplitude nos terminais de saída.

Amplificadores Diferenciais Operando com Entrada Dupla Simétrica

Agora, imagine se ao invés de aplicarmos o sinal de entrada apenas a um dos terminais, apliquemos à entrada dois sinais simétricos e de mesma amplitude, um em cada terminal. Vamos analisar o comportamento das entradas separadamente e depois unir os resultados para que possamos entender melhor. Veja a Figura 3.

Figura 3 – Amplificadores Diferenciais com Entrada Simples Simétrica

As Figuras 3ae 3b mostram o resultado de cada entrada atuando sozinha. Acompanhe comigo: (a) a entrada aplicada ao terminal 1 produz uma saída com polaridade oposta e amplificada no terminal 3 enquanto no terminal 4 há uma saída amplificada e de mesma polaridade do sinal aplicado ao terminal 1; (b) a entrada aplicada ao terminal 2 produz uma saída com polaridade oposta e amplificada no terminal 4 enquanto no terminal 3 há uma saída amplificada e de mesma polaridade do sinal aplicado ao terminal 2.

Sendo assim, ao aplicarmos simultaneamente os sinais de entrada simétricos nos terminais 1 e 2, teremos o resultado mostrado na Figura 4:

Figura 4- Amplificador Diferencial com Entrada Dupla Simétrica

Por superposição, os sinais resultantes em cada terminal de saída serão somados e a saída em cada terminal será o dobro da obtida com um único sinal de entrada, o que representa um ganho de 3 dB além do introduzido pelo amplificador.

Amplificador Diferencial com Entrada Dupla em Fase ou em Modo Comum

Para este caso, imagine a aplicação de dois sinais de mesma amplitude e em fase aos terminais 1 e 2 do ampdif, como mostrado na Figura 2.

De acordo com o processo narrado para a Figura 2, ao superpormos os sinais na saída eles se somarão. Como os somatórios das saídas são simétricos, o resultado será 0 volt nos terminais 3 e 4. A Figura 5 mostra esse resultado.

Figura 5 – Amplificador Operacional com Entrada em Fase

Conclusão sobre a Operação dos Amplificadores Diferenciais

Diante do exposto até agora, podemos concluir que:

a) Amplificadores diferenciais operando com entrada simples apresentarão sinais amplificados e simétricos em seus terminais de saída;

b) Amplificadores diferenciais operando com entrada dupla simétrica apresentarão sinais simétricos e amplificados duas vezes mais que com entrada simples (+ 6 dB) em seus terminais de saída; e

c) Amplificadores diferenciais operando em modo comum ou com entrada em fase não apresentarão sinais em seus terminais de saída.A este processo chamamos rejeição em modo comum.

O balanceamento de cabos

Ok, mas como tudo isso funciona no balanceamento de cabos? Imagine, no interior do microfone, um pequeno circuito ampdif operando com entrada simples. A cada terminal de saída do ampdif ligamos, respectivamente, os terminais 2 e 3 do conector XLR. O que vai acontecer? O sinal sairá do elemento gerador do microfone e será aplicado a apenas um dos terminais de entrada do ampdif. O ampdif gerará em seus terminais de saída dois sinais amplificados, de mesma amplitude e simétricos, que serão enviados ao cabo pelos pinos 2 e 3 do conector XLR. Esses sinais trafegarão pelos condutores do cabo ligados aos pinos 2 e 3 com fase invertida. Observe a Figura 6.

Figura 6 – Tráfego do Sinal de Áudio no Cabo Balanceado

Note que o sinal de áudio está trafegando com fases invertidas nos condutores do cabo enquanto o ruído trafega com mesma fase. Nos terminais de entrada do ampdif do estágio seguinte, que neste caso pode estar no canal de entrada da mesa, o sinal de áudio chega em modo diferencial e o ruído em modo comum. Como observamos naquela baboseira toda acima, o ampdif em modo diferencial amplifica o sinal enquanto em modo comum ele o rejeita.

Sendo assim, todo ruído que for induzido no cabo, em geral de origem eletromagnética, será rejeitado na entrada da mesa pela ação do ampdif. É importante destacar que ruídos gerados no microfone ou nos circuitos internos dos equipamentos não serão rejeitados pelo balanceamento, porque serão aplicados aos terminais de entrada do ampdif juntamente com o sinal de áudio.

Conclusão

Para que o nosso sistema possa ser considerado balanceado necessitaremos que os cabos utilizados contenham duas vias + malha. No entanto, possuir os cabos certos não nos assegura que o sistema é balanceado. Se os equipamentos não permitirem conexões balanceadas, isto é, não possuírem ampdifs em seus terminais de entrada e saída, o cabo pode estar montado corretamente mas o sistema não será balanceado. Sendo assim, para que o sistema seja balanceado, necessitamos de cabos e equipamentos que suportem essa tecnologia.

Vale destacar, também, que o balanceamento é uma técnica utilizada para melhorar a qualidade do sinal de áudio, protegendo-o de ruídos induzidos nas linhas de transmissão. No entanto, essa tecnologia não é capaz de eliminar ruídos causados por soldas mal feitas, cabos sem manutenção, potenciômetros com problemas, etc.

Para esses problemas, a velha e eficiente manutenção preventiva é o melhor remédio. Enrolar e armazenar corretamente os cabos, trocar periodicamente os conectores, manter os equipamentos em lugar seco e livre de poeira são boas atitudes que colaborarão, sem sombra de dúvidas, para uma sonorização livre de ruídos.