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quinta-feira, 30 de junho de 2022

Qual é a Diferença Entre Cabo de Áudio Balanceado e Desbalanceado? Qual devo Usar?

Audio e Sonorização ,
Qual é a Diferença Entre Cabo de Áudio Balanceado e Desbalanceado? Qual devo Usar?


Profissionais de áudio mais experientes e qualificados, normalmente conhecem os padrões, as diferenças, e o momento oportuno para utilização de cabos balanceado ou desbalanceado em um sistema de som.

No entanto, uma grande maioria, mesmo profissionais em atividade, ainda têm dúvidas a respeito dessa característica técnica entre um sistema de cabo balanceado e desbalanceado.

No Post de hoje, explicaremos tecnicamente, o que é um cabo balanceado e desbalanceado, qual a diferença, como funcionam, e onde melhor aplica-se essa categoria de cabo.

O que é Cabo Balanceado e Desbalanceado?

O conceito para cabo balanceado e desbalanceado é um pouco mais complexo, do que se resumir em poucas palavras, isso porque a explicação está baseada no contexto sistema eletrônico da coisa, e não exatamente do cabo. 

Até porque, um cabo estéreo, e um cabo balanceado são exatamente iguais, quando estamos nos referimos a Construção Técnica, não nos referindo a Aplicação.

Então começaremos dividindo os dois contextos de uma forma mais clara e objetiva possível, para não  tornar muito confusa a compreensão. 

Cabo Desbalanceado

Um Cabo Desbalanceado, conhecido como cabo não balanceado, consiste em um Cabo de Áudio com duas vias condutoras de sinais, são:
  • Via Positiva: É a via condutora central, utilizada para trafegar o sinal de áudio.
  • Via de Malha: Via GND ou terra, utilizado para retorno do sinal, além de referenciar os GNDs dos circuitos, para não causar diferença de potencial, e proteger o circuito de interferências externas.
Essas vias são alocadas em um único encapsulamento ou em um Cabo de Áudio. Utilizamos para exemplificar, um cabo com uma extremidade conector XLR e outra extremidade conector P10, como podemos visualizar no diagrama de conexão na Figura 2 abaixo. 

No entanto, podemos utilizar quaisquer outras categorias de conexão, como XLR, RCA, P10, P2, etc. 
Fig. 2 - Ligação de cabo de áudio desbalanceado XLR - P10

Essa categoria de cabo utilizam plugues do tipo XLR, e plugue P10 TS  “Tip-Sleeve”, é geralmente utilizada para ligação de microfones, mesa de som para amplificadores, etc.

Os cabos desbalanceados trabalham de forma satisfatória, quando se fala de trafegar sinal de instrumentos para uma mesa de som, ou um cubo de retorno, ou um caixa amplificada.

No entanto, quando precisamos utilizar um cabo com distâncias maiores que 7 metros, a probabilidade de se captar ruídos, espúrios e interferências, é grande, principalmente em lugares com interferências eletromagnéticas e de radiofrequências.

Cabo Balanceado

Um Cabo Balanceado, consiste em um Cabo de Áudio dotado de três vias condutoras de sinais, são:
  • Via Positiva: É a via condutora utilizada para trafegar o sinal de áudio positivo.
  • Via Negativa: É a via condutora utilizada para trafegar o sinal de áudio negativo.
  • Via de Malha: Via GND ou terra, utilizado para retorno do sinal, além de referenciar os GNDs dos circuitos, para não causar diferença de potencial, e proteger o circuito de interferências externas.
Essas vias são alocadas em um único encapsulamento ou em um Cabo de Áudio, como podemos visualizar o diagrama de conexão na Figura 3 abaixo.
Fig. 3 - Ligação de cabo de áudio Balanceado XLR - P10

Os cabos balanceado utilizam duas vias de sinais, essas vias trafegam o mesmo sinal, em contra fase, isso quer dizer que, essas fases estão com a polaridade de 180° defasadas uma da outra. 

Em palavras não técnicas, podemos afirmar que eles têm o mesmo sinal de áudio em, contra fase ou com polaridade invertido.

Para entender melhor, formularemos isso matematicamente. Com os mesmos sinais que são recebidos em contra fase. 

Exemplo: 

Um sinal com 1 volte pico a pico positivo, representado por +1Vpp, e o outro sinal com 1 volte pico a pico negativo, representado por -1Vpp. 

Se aplicarmos matematicamente esses sinais, entenderemos que eles se cancelam, vejamos:

  • Via positiva = +1Vpp
  • Via negativa = -1Vpp
Então:
  • X = +1V + (-1V)  → “+ com  - = -”
  • X = 0V
Essa é a prova matematicamente que os sinais que entraram com +1Vpp, e -1Vpp se cancelam, ou seja, pela soma algébrica dos sinais de áudio de entrada, acabam em X = 0.

Na Figura 4 abaixo, temos o diagrama esquemático do funcionamento básico de um sistema com sinal de áudio balanceado. O sinal é advindo de um microfone balanceado, mas, esse sinal pode ser de qualquer fonte balanceada. 

Nesse digrama, o sinal vem em duas vias, com o mesmo sinal em contra fase, que entram no amplificador operacional, cuja finalidade é inverter o sinal negativo e combinar com o sinal positivo.
Fig. 4 - Sinal de áudio balanceado - eliminando interferências

Isso significa que o sinal negativo, é transformado em sinal positivo, tornando um só sinal na saída do amplificador operacional.

O segundo sinal representado ainda na Figura 4, são interferências captadas, nesse caso, eles estão com a mesma fase, já que o sinal interferente atinge às duas vias de sinal do cabo.

Como o amplificador operacional atua como inversor, ele inverte a fase negativa e junta na saída, torando agora os sinais de interferência defasados em 180°,  e pelo cálculo demostrado acima, sabemos que esses sinais quando se juntam “se somam” e como estão defasados, se cancelam. 

Esse processo de cancelamento é chamado de: Rejeição de Modo Comum, e o ruído como atinge às duas vias, ele é o sinal comum.

E é assim que temos na saída, um sinal livre das interferências captadas ao longo de um cabo de sinal de áudio balanceado. 

Então! Qual devo usar?

Os cabos têm suas posições definidas, e depende da necessidade de aplicação, então colocaremos as recomendações de uso de cada um dos cabos, e as vantagens e desvantagens de cada cabo, e suas aplicações.

Cabo Desbalanceado 

Os cabos desbalanceados são bastante utilizados no cotidiano de um músico, já que as conexões entre instrumentos musicais e a mesa de som, ou cubo para retorno, ou mesmo uma pedaleira, são curtos, entre 2 à 4 metros, essa utilização é extremamente normal.

Recomendação:
  • Essa categoria de cabo, é recomendado para uso em pequenas distâncias, inferior a 7 metros, e se o lugar tiver muitas interferências, é recomendado no máximo 5 metros.

Ventagens:
  • Baixo custo
  • Fácil construção

Desvantagens:
  • Limitado a distâncias curtas
  • Em ambiente muito ruidoso, é suscetível a interferências.

Aplicações:
  • Para instrumentos musicais, teclado, guitarra, contra-baixo, etc.
  • Para ligações entre mesa e amplificador, no caso dos não balanceados.
  • Ligação entre uma pedaleira e o instrumento.
      

Cabo Balanceado 

Os cabos Balanceados, são mais utilizados por profissionais do áudio, já que para eles é fundamental ter o seu áudio com som bem definido e sem ruídos, e para isso, se faz necessário a utilização de cabos balanceados.

Isso porque normalmente as conexões entre mesa e periféricos como instrumentos, caixas ativas, estão sempre distantes do operador de áudio, e se essa distância for superior a 7 metros, esqueça os cabos não balanceados, certamente terás grandes problemas com ruídos. 

Recomendação:
  • Essa categoria de cabo é recomentado para uso em distâncias superiores a 7 metros, principalmente em lugares com interferência elétrica, eletromagnética, e de rádio frequência. 

Vantagens:
  • Podes utilizar cabos longos que podem chegar à 60 metros.
  • Mesmo em ambientes muito ruidosos, o sistema é protegido.

Desvantagem:
  • Custo elevado, já que o cabo e os conectores têm que serem do tipo três vias.
  • Montagem mais trabalhosa.

Aplicações:
  • Ligações de medusas, já que são sempre a grandes distâncias.
  • Ligações entre processadores de áudio externos balanceados.
  • Ligações entre mesa e amplificador, no caso dos balanceados.
  • Ligação entre uma mesa e caixa ativa balanceada.
      
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quarta-feira, 1 de junho de 2022

Mesa de Som: O que é? Categorias, Principais Características e suas Funções!

Audio e Sonorização ,
Mesa de Som: O que é? Categorias, Principais Características e suas Funções!
Fig. 1 - Mesa de Som: O que são? Categorias, Principais Características e suas Funções!

O que é uma Mesa de Som?

Mesa de som, é basicamente, um dispositivo eletrônico que integra múltiplas fontes de sinais de áudio, e combinam em uma ou mais saídas comuns.

Além de combinar sinais, as Mesas de Som processam esses sinais, através de ajustes de níveis ou ganho, equalização,  compressorização, efeitos, amplificação de sinal, e até mesmo alimentação de periféricos via Power Phanton.

Existem uma grande variedades de marcas e modelos das Mesas de Som ou Console de Áudio, como também são conhecidas, as mais conhecidas “Ao menos em nosso País Brasil” são: 
  • Yamaha
  • Roland
  • Behringer
  • Soundcraft
  • Mackie
  • Arcano
  • Oneal
  • Ciclotron Wattsom
Ha uma ampla variedade de dispositivos, que vão de pequenas mesas com 2 à 4 canais, as medianas que vão de 6 à 16 canais, e as grandes mesas, que partem para 24, 32, 48, 64, 128 canais, etc...

Categorias de Mesa de Som!

Tecnicamente, todas as mesas de Som, têm funções bem semelhantes, em um contexto geral o que diferenciam, são os recursos agregados e a tecnologia empregada, que traduz em melhor qualidade, maiores recursos e mais facilidade de trabalho. Existem basicamente três categorias de Mesa de Som:
  • Mesas Analógica
  • Mesas Digital
  • Mesas Motorizadas
    .

Mesa de Som Analógica

Nas Mesas Analógicas, como a mesa de exemplo mostrado na Figura 2 abaixo, os sinais de entrada oriundos dos instrumentos e microfones, são processados de forma analógica com elementos de processamento comuns como; capacitores, resistências, indutores e transistores. 

Fig. 2 - Mesa de Som Analógica.

Os sinais são modificados analogicamente, com equalizadores de áudio, que são filtros: Passa Baixa, Passa Faixa e Passa Alta, ou seja: Grave, Médio, Agudo, respectivamente, isso no contexto básico do espectro de frequências de um determinado sinal de áudio.

Temos ainda o ganho, composto por pré-amplificadores interno que amplifica esse sinal, aumentando sua amplitude.

Na maioria dessas mesas, os botões "Potenciômetros" de controle de grave, médio, agudo, ganho, balance e Fades de volume, são agrupados verticalmente na parte superior do painel da Mesa.

Mesa de Som Digital

As Mesas Digitais, como a mesa de exemplo mostrado na Figura 3 abaixo, usam tecnologias DSP - Digital Signal Processor, ou Processamento de Sinais Digitais, para modificar os sinais vindo dos instrumentos, microfones, ou qualquer outra fonte de sinal auditivo. 
Fig. 3 - Mesa de Som Digital

Além disso, o processamento digital permite a manipulação de um sinal auditivo, modificando suas características, ou mesmo aplicando  em tempo real, recursos como; Delay, Reverb, Pitch, Gate, Compressor, entre outras categorias de recurso que em uma mesa analógica seriam pouco mais difíceis de se consegui.

Outra vantagem das mesas digitais são os bancos de memórias que temos disponíveis para podermos salvar um determinado Preset, e ainda poder salvar, por exemplo, em cada banda um tipo de Preset, ou para cada operador de áudio, ter o seu Preset com seu nome salvo, etc.

Mesas de Som Amplificadas

As mesas de som do tipo amplificadas, como a mesa de exemplo mostrado na Figura 4 abaixo, são mesas de som que contém integrada em seu corpo, um amplificador de potência.

Normalmente essas mesas utilizam a estrutura básica das Mesas Analógicas, e os recursos das Mesa Digitais, em geral, são os efeitos que são digitais.

Elas são ótimas para pequenos eventos, em igrejas, clubes, teatros, espaços de festas, etc., já que não ha necessidade de se levar um conjunto de amplificadores de potência para alimentar as caixas de som.

Fig. 4 - Messa de Som Amplificada.

A maioria das Mesas de Som Amplificadas, são dotadas de dois canais de saídas de linha, que servem para enviar o sinal mixado para outros amplificadores ou caixas ativas, para monitores, ou gravações.

Na maioria das Mesas de Som Amplificadas, há dois canais de saída amplificadas, que pode-se alimentar um par de caixas passivas, cuja potência dependerá do tipo de Mesa de Som que você adquirir.

Principais Características das Mesas de Som!

Basicamente todas as Mesas de Som, são dotadas de Características semelhanças em suas Funções de trabalho, visto que foram projetadas para o mesmo propósito até os dias atuais, integrar múltiplas fontes de sinais de áudio, controlar, processar e distribuir para uma ou mais saídas; mono, estéreo, auxiliares.

As principais características em um contexto geral das Mesas de Som, são os conjuntos de Categorias dos processos de: Entradas e Saídas, Processamento, Controles, e Alimentação, que destrincharemos cada uma em lista abaixo para entendermos melhor.

Entradas e Saídas

  • MIC IN - Entrada de Microfone - Entrada balanceada ou não balanceada, de alto ganho, usado para microfones, tem também alimentação por Phantom Power, e é uma entrada já pré-amplificada.
    Essa entrada também tem alimentação de +48V Phantom Power, para condensadores e microfones.
     
  • LINE IN - Entrada de Linha - Entrada, balanceada ou não balanceada, onde a fonte de sinal vinda do instrumento, ou qualquer outra fonte de áudio, entre na mesa para posterior controle, processamento e distribuição. 

  • INSERT I/O -  Inserção Input e Output,- Canal de entrada e saída, recurso utilizado nas Mesas, para desviar o sinal original do canal, para um módulo externo, como: Processador de Áudio, Reverb, Compressor, Equalizador, Etc., depois o sinal processado, é inserido de volta. São chamados “Efeitos Seriais”. 

  • MAIN OUTPUTS - Saída Master ou Saída Principal - Saída balanceada, com conector XLR reúne os sinais de todos os canais, e  entrega para o PA, seja para os amplificadores ou para caixas ativas. 

  • CTRL OUT - Control Room Outputs - Saídas para Sala de Controle - A saída CTRL é normalmente conectada ao sistema de monitoramento em uma sala de controle e carrega a mixagem estéreo ou, quando selecionada, os sinais do solo.

  • MAIN INS - Inserção Master ou Principal - Utilizado para processar um sinal pontual no Master. No caminho do sinal ele é pós-fader, estarão após a amplificação do master, e pré-fader, antes dos Fades de volume. Use-os para Inserir, por exemplo, um processador dinâmico ou equalizador gráfico.

  • SUB OUTPUT - Subgroup Outputs - Saída de Subgrupos - São saídas desbalanceadas, que fornecem a mixagem a cada canal atribuído de cada subgrupo, seu controle é com uma chave SUB  próxima aos Fades de cada canal.

  • AUXILIAR RETURNS - Retornos Auxiliares - Os conectores STEREO AUX RETURN geralmente servem como retorno para efeitos da mesa (criado usando os envios auxiliares post-fade) conectando as saídas de um dispositivo de efeitos externo. Se apenas o conector esquerdo estiver conectado, o AUX RETURN é automaticamente comutado para mono.

  • DIRECT OUTPUT - São canais com saídas diretas, ou independentes, existem modalidades distintas que alguns fabricantes disponibilizam, como Pós-Fade ou Pré-Fade.

  • AUX SENDS - O conector AUX SEND deve ser usado ao conectar um amplificador de potência de monitor ou sistema de alto-falante de monitor ativo. O caminho auxiliar relevante deve ser definido como Pré-Fade.

Periféricos de Controle

  • FADE de VOLUME - Controla a intensidade de saída do canal na mesa para o Master, ou o principal, é o Fade vertical longo. 

  • MUTE ou PFL - Esse o próprio nome é bem sugestivo, ao ser pressionado, silencia o som do canal, deixando-o sem som até se pressionar novamente para un-mutar, isso acontece em todo os canais de saídas da mesa. 

  • SOLO ou CUE - É um botão desenvolvido para pré-escuta, ele serve para monitorar o canal, muito utilizado para regular o ganho, ver os parâmetros de equalização e efeitos, sem interromper o som que vai para o master e retornos.  

  • PAN ou BAL - Esse controle vem praticamente em todas as mesas de som do mercado, ele é configurado no centro, é a relação entre os canais Esquerdo e Direito do som estéreo, e balanceia o áudio entre os dois canais. 

  • FX - EFEITOS - Algumas mesas existem 1 controle outras 2, 3 ou mais, isso depende da mesa, são utilizados para regular a intensidade dos efeitos como reverb, delay, chorus, tune, etc.

  • AUX - AUXILIAR - Normalmente as mesas analógicas vêm descritas AUX1, AUX2 e etc, dependendo da mesa, são utilizadas para retorno de palco, e dependendo da mesa, são nomeados como Saída Auxiliar ou Retorno.

  • AUX SENDS - ENVIO AUXILIAR - Os busses de monitor e efeito (Aux Sends) fornecem seus sinais para um chamado bus. Este sinal de barramento é enviado para um conector de envio auxiliar (para aplicações de monitoramento: MON OUT) e então roteado.
    Por exemplo, para um alto-falante de monitor ativo ou dispositivo de efeitos externos. Neste último caso, o retorno de efeitos pode ser trazido de volta ao console através dos conectores de retorno auxiliar. 

  • EQUALIZER -  EQUALIZADOR - Os equalizadores por canais são geralmente dotados de 3 bandas de equalização, ha algumas mesas que tem ainda um quarto ou quinto botão semi-paramétrico, que varia uma determinada frequência. Claro que em mesas digitais, a resposta de frequência é bem maior, e consegue responder em toda gama de frequência.

  • COMP - COMPRESSOR - Algumas mesas tem em cada canal integrado um potenciômetro de compressor, que diminui a faixa dinâmica do sinal e aumenta sua sonoridade percebida. Os picos altos são diminuidas, e as seções de saída são aumentadas.
  • LOW CUT - Filtro Passa Alto - Algunas mesa de som, possuem em cada canais mono, um filtro Passa Alta, de alta inclinação para eliminar componentes de baixas frequências indesejados, geralmente esses cortes de frequências estão em 75 Hz, com 18 dB/oitava de inclinação.

  • GAIN - Ganho - Use o controle GAIN para ajustar o ganho de entrada. Este controle deve sempre ser girado no sentido anti-horário sempre que você conectar ou desconectar uma fonte de sinal a uma das entradas.  
  • PHANTON POWER - Esse é um recurso que as mesas têm, utilizado para alimentar microfones condensadores, e alguns periféricos alimentados por Phanton Power. Você pode está sabe mais sobre Phantom Power clicando aqui: O que é Phantom Power e como Funciona?

Conclusão

Em todas as mesas de som, ou consle de áudio, sempre encontraremos parâmetros e careacterísticas semelhantes, algumas mesas são dotadas de tecnologias maiores, outras menores, mas, o básico são sempre os mesmos.

Espero que esse guia possa ter suprido as suas espectativas e ilustrado basicamente os parâmetros que consigo lembrar no momento, caso esteja faltando algum, podes deixar nos comentários, que atualizaremos e lhe daremos o crédito 😉.

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sexta-feira, 28 de janeiro de 2022

Circuito Mesa de Som "MIX" de 4 Entradas com CI LM3900 + PCI

Audio e Sonorização , Circuitos para montar
Circuito Mesa de Som "MIX" de 4 Entradas com CI LM3900 + PCI
Fig. 1 Circuito Mesa de Som “MIX” de 4 Entradas com CI LM3900 + PCI

Olá a Todos!

Hoje, montaremos um circuito misturador de áudio, como uma mesa de som, de 4 canais independentes, com o circuito integrado LM3900 que é um amplificador de quatro canais independentes.

O circuito é composto por duas entradas para usar microfones, com alta impedância, e duas entradas para instrumentos musicais.

O número de canais pode ser dobrado ou até mesmo triplicado, necessitando apenas de montar dois ou três circuitos iguais e fazer a associação dos mesmos.

Cada canal tem seu próprio amplificador, são entradas amplificadas separadamente, tornando um sistema de mesa de som quase que profissional.

Aplicações

O Circuito Mesa de Som, “MIX”, ou misturador de Áudio,  pode ser utilizado em diversos projetos, daremos abaixo algumas sugestões de uso:
  • Controlador de Entrada de Microfones e Instrumentos musicais
  • Controlador de Players, como MP3, Smartfones, Discos
  • Em Igreja pequenas que não dispõe de Mesa de Som
  • Home Estúdio

O Circuito Integrado

O CI LM3900 é um circuito integrado composto por quatro amplificadores operacionais independentes do tipo NORTON  (Amplificadores Diferenciais de Corrente), de alta frequência e de ganho compensado, eles foram fabricados especificamente para funcionarem a partir de um único encapsulamento, com uma boa gama de tensões de alimentação 4,5V à 32V. 

Apesar de ter 4 amplificadores operacionais, é possível o funcionamento de apenas um ou dois, ou três canais sem problemas algum. A corrente de consumo do amplificador é bastante baixa, e pode ser utilizada também com baterias independentes para alimentação.

Características

  • Vasta gama de alimentação (4,5v a 32v) 
  • Trabalha com Fonte simples ou simétrica
  • Largura de Banda Ampla
  • Grande oscilação de tensão de saída
  • Proteção contra Curto-Circuito na Saída
  • Compensação de frequência interna
  • Corrente de Bias de Entrada Baixa
  • Compatível com Semicondutor Nacional LM2900 e LM3900, Respectivamente

Como o Circuito Funciona

Para misturar sinais de áudio em entradas diferentes e independentes, é necessário um circuito separador para amplificação desses canais independentes, como o CI LM3900 é um amplificador operacional quadruplo, utilizamos os seus amplificadores operacionais individuais para cada canal para funcionar a nossa MIX.

Cada entrada de áudio é controlada através de um potenciômetro (RV1 ao RV4) para controlar o ganho de cada amplificador operacional.

O LM3900 é compatível com o LM2900,o que difere é o range de temperatura que cada um suporta, ambos têm 14 pinos, como apresentado na Figura 2 abaixo, e podem ser utilizados sem problemas algum, nesse circuito.
Fig. 2 - Pinagem LM3900

Os capacitores são utilizados para fazer o desacoplamento do sinal de entrada da MIX, e cada canal tem um capacitor desacoplador.

Diagrama Esquemático do Circuito

Na Figura 2 temos o diagrama esquemático do Circuito Mesa de Som “MIX” de 4 Entradas com CI LM3900, é um circuito bastante simples, no entanto, tome cuidado para não inverter o Circuito Integrado, pois poderás danificar o mesmo se inverteres.
Fig. 3 - Diagrama Esquemático Circuito Mesa de Som "MIX" de 4 Entradas com CI LM3900

Lista de componentes

  • Semicondutor
    • U1 ................. Circuito Integrado LM3900

  • Resistor
    • R1, R4, R7, R10, R13, R16 .... Resistor 220R 1/4W (vermelho, vermelho, marrom, ouro)
    • R2, R5, R8, R15 ..................... Resistor 1M 1/4W (marrom, verde, preto, ouro)
    • R3, R6, R9, R11, R12, R14 .... Resistor 470R 1/4W (amarelo, violeta, marrom, ouro)
    • RV1, RV2, RV3, RV4 ............. Potenciômetro 47K

  • Capacitor
    • C1, C2, C3, C4 ....... Capacitor Eletrolítico 1uF / 16V
       
  • Outros
    • Conector ........... WJ2EDGVC-5.08-2P
    • Outros ............... Placa de Circuito Impresso, Fios, Soldas e Etc.

PCI - Para Baixar

Na Figura 3 logo abaixo, estamos disponibilizando a PCI - Placa de Circuito Impresso, em arquivos GERBER, PDF e JPEG, para você que deseja realizar a montagem mais otimizada, ou em casa.
Se preferir, em uma empresa que imprima a placa, você pode está baixando os arquivos gratuitamente em um link direto na opção de Baixar logo abaixo.
Fig. 4 - PCI - Circuito Mesa de Som "MIX" de 4 Entradas com CI LM3900

Arquivos Para Baixar, Link Direto:

Clique Aqui! 

Pessoal, o trabalho é grande, escrever, montar, testar, elaborar a PCI, armazenar para baixar, tudo isso dá muito trabalho, e não cobramos nada por isso!

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domingo, 4 de abril de 2021

Classes de Amplificadores - As Principais Características dos Amplificadores de Áudio!

Amplificador com CI , Amplificador com Transistores
Classes de Amplificadores - As Principais Características dos Amplificadores de Áudio!
Fig. 1 - Principais Características dos Amplificadores de Áudio!

Olá a Todos!!!

Em eletrônica, o amplificador é o dispositivo de circuito mais comumente usado com grandes possibilidades de aplicação. E quem não gosta de um bom amplificador com audio de qualidade e que não nos custe o olho da cara.... 

Para os pré-amplificadores e amplificadores de potência eletrônicos relacionados a áudio, estão dois tipos diferentes de sistemas amplificadores que são usados ​​para propósitos relacionados à amplificação sonora. 

Mas, além desta finalidade específica da aplicação, existem enormes diferenças em vários tipos de amplificadores, principalmente em amplificadores de potência. 

Então, aqui vamos explorar no mínimo o básico sobre as diferentes classes de amplificadores e desenvolver um pouco mais nossas habilidades no conhecimento.

Classes de amplificadores de potência

Por muito tempo, as únicas classes de amplificadores relevantes para áudio de alta qualidade eram Classe-A e Classe-AB. 

Isso ocorria porque as válvulas eram os únicos dispositivos ativos, e os amplificadores de válvula Classe-B geravam tanta distorção que mal eram aceitáveis, mesmo para fins de endereçamento público. Todos os amplificadores com pretensões de alta fidelidade operavam em push-pull Classe-A.

Amplificadores Classe-A

Em um amplificador Classe A, a corrente flui continuamente em todos os dispositivos de saída, o que torna a sua eficiência muito baixa, mas quase nenhuma distorção de crossover. 

O amplificador final Classe A é a configuração mais simples e também uma das melhores configurações para reprodução de áudio de alta qualidade e pode ser implementado usando um seguidor de emissor padrão. 

A corrente quiescente através do transistor é igual ao pico da corrente de saída AC, o que significa que o transistor é polarizado no meio de sua faixa de trabalho e simplesmente conduz mais ou menos corrente quando acionado por uma voltagem alternada.

A eficiência de um amplificador classe A é muito baixa: 25% na amplitude máxima de saída e ainda menos em níveis de sinal baixos. 

A eficiência pode ser melhorada usando um projeto simétrico com 2 transistores, mas mesmo assim a maior eficiência. é 50%, o circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 2 abaixo.
Fig. 2 - Amplificador Classe-A

Amplificadores Classe-B

A operação de um amplificador de áudio Classe-B usa um par de transistores polarizados de forma que o transistor ativo, conduza em uma das metades da forma de onda, ou seja, meio ciclo da onda, e a outro na outra metade.

Isso é, em outro ciclo de onda, que significa que eles conduzem cada um em seu momento um ângulo de 180° que é a metade do ciclo total. 

Estágios de áudio Classe-B podem ter números de eficiência de até 75%, embora às custas de uma distorção um tanto maior do que com um estágio Classe-A usando o mesmo layout. O circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 3 abaixo.

Fig 3 - Amplificador Classe-B

Maior eficiência permite que uma maior potência de saída seja obtida com dissipadores de calor menores, e o uso de feedback negativo pode, com um projeto cuidadoso, reduzir a distorção a níveis desprezíveis. 

O Classe-B (ou Classe A – B, que usa corrente sem sinal mais alta) é o método de operação preferido para amplificadores com CI em níveis de potência de até cerca de 15 W de saída.

Amplificadores Classe-AB

Os amplificadores Classe-AB, não foram um desenvolvimento de classe, e sim uma combinação de duas classes já existentes, o Classe-A e o Classe-B, que já pudemos estudar acima.
Eles são atualmente os tipos mais comumente usados ​​na grande maioria dos fabricantes de amplificadores de áudio de potência. 

O amplificador Classe-AB é uma variação de um amplificador de Classe-B conforme descrito acima, exceto que ambos os dispositivos podem conduzir ao mesmo tempo em torno do ponto de crossover das formas de onda, eliminando os problemas de distorção de crossover do amplificador de Classe-B anterior.

A Classe-AB é menos linear do que A ou B, os dois transistores têm uma tensão de polarização muito pequena, normalmente de 5 a 10% da corrente quiescente para polarizar os transistores logo acima de seu ponto de corte. 

Então, o dispositivo de condução, seja bipolar ou FET, ficará “LIGADO” por mais de meio ciclo, mas muito menos de um ciclo completo do sinal de entrada. 

Portanto, em um projeto de amplificador de classe-AB, cada um dos transistores em configuração push-pull está conduzindo por um pouco mais do que meio ciclo de condução na classe-B, mas muito menos do que o ciclo completo de condução da classe-A. O circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 4 abaixo.
Fig 4 - Amplificador Classe-AB

Amplificadores Classe-C

As estruturas dos amplificadores Classe-C teem maior eficiência, no entanto, a linearidade são as menores das classes de amplificadores mencionados aqui. As classes anteriores, A, B e AB são consideradas amplificadores lineares, pois a amplitude e fase dos sinais de saída estão linearmente relacionadas à amplitude e fase dos sinais de entrada.

No entanto, o amplificador de classe-C é fortemente polarizado de modo que a corrente de saída seja zero por mais da metade de um ciclo de sinal senoidal de entrada com o transistor ocioso em seu ponto de corte. 

Em outras palavras, o ângulo de condução do transistor é significativamente menor do que 180 graus e geralmente está em torno da área de 90 graus. O circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 5 abaixo.
Fig 5 - Amplificador Classe-C

Embora essa forma de polarização do transistor dê uma eficiência muito melhorada de cerca de 80% ao amplificador, ela introduz uma distorção muito forte do sinal de saída. Portanto, os amplificadores de classe-C não são adequados para uso como amplificadores de áudio.

Devido à sua forte distorção de áudio, os amplificadores classe-C são comumente usados ​​em osciladores de onda senoidal de alta frequência e certos tipos de amplificadores de frequência de rádio, onde os pulsos de corrente produzidos na saída do amplificador podem ser convertidos em ondas senoidais completas de uma determinada frequência pelo uso de circuitos ressonantes LC em seu circuito coletor.

Amplificadores Classe-D

Esses amplificadores alternam continuamente a saída de um ciclo para o outro em uma frequência supersônica, controlando a relação marca/espaço para fornecer uma média que representa o nível instantâneo do sinal de áudio; isso é alternativamente chamado de modulação por largura de pulso (PWM). O circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 6 abaixo.

Fig 6 - Amplificador Classe-D

Grande esforço e engenhosidade foram devotados a essa abordagem, pois a eficiência é em teoria muito alta, mas as dificuldades práticas são graves, especialmente em um mundo de legislação EMC cada vez mais rígida, onde não está claro que uma onda quadrada em 200kHz com alta potencia é um bom lugar para começar. 

A distorção não é inerentemente baixa, e a quantidade de feedback negativo global que pode ser aplicada é severamente limitada pelo pólo devido à frequência efetiva de amostragem direto de feedback. 

É necessário um filtro passa-baixa de corte nítido entre o amplificador e o alto-falante, para remover a maior parte do RF; isso exigirá pelo menos quatro indutores (para estéreo) e custará dinheiro, mas seu pior recurso é que ele só dará uma resposta de frequência plana em uma impedância de carga específica.

Amplificadores Classe-F

Os amplificadores Classe-F aumentam a eficiência e a saída usando ressonadores harmônicos na rede de saída para moldar a forma de onda de saída em uma onda quadrada. 

Os amplificadores Classe-F são capazes de altas eficiências de mais de 90% se a sintonia harmônica infinita for usada. O circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 7 abaixo.
Fig. 7 - Amplificador Classe-F

Amplificadores Classe-G

Este conceito foi introduzido pela Hitachi em 1976 com o objetivo de reduzir a dissipação de potência do amplificador. 

Os sinais musicais têm uma relação de pico/média, passando a maior parte do tempo em níveis baixos, então a dissipação interna é muito reduzida ao correr pelas grade de baixa tensão para saídas pequenas, mudando para grade de correntes mais altas para excursões de maiores potências.

A série básica Classe-G trabalha com duas tensões de alimentação (ou seja, quatro grades de alimentação, como ambas as tensões são simétricas ±), a corrente é retirada da grade de alimentação V1 inferiores sempre que possível.

Se o sinal exceder V1, TR6 conduz e D3 desliga, de forma que a corrente de saída agora é inteiramente retirada da grade de alimentação V2, com dissipação de energia compartilhada entre TR6 e TR8. 

O estágio interno TR3, TR4 é normalmente operado na Classe-B, embora AB ou A sejam igualmente viáveis ​​se a polarização do estágio de saída for adequadamente aumentada. 

Os dispositivos externos estão efetivamente na Classe-C, pois conduzem por menos de 50% do tempo. O circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 8 abaixo.
Fig 8 - Amplificador Classe-G

Em princípio, os movimentos da tensão do coletor nos coletores do dispositivo interno não devem afetar significativamente a tensão de saída, mas na prática o Classe-G é frequentemente considerada como tendo uma linearidade mais pobre do que a Classe-B devido a falhas devido ao armazenamento de carga nos diodos de comutação D3, D4.

Amplificadores Classe-H

O amplificador Classe-H é mais uma vez basicamente Classe-G, mas com um método de aumentar dinamicamente a tensão de alimentação (ao invés de mudar para outro bloco de alimentação) a fim de aumentar a eficiência. O mecanismo usual é uma forma de bootstrapping. 

A Classe-H é ocasionalmente usada para descrever tecnicamente um nível acima do Classe-G; podemos prescindir melhor o nosso entendimento abordando o assunto dessa maneira.

Amplificadores Classe-I

Os amplificadores Classe-I  teem dois conjuntos de dispositivos de comutação de saída complementares dispostos em uma configuração push-pull paralela com ambos os conjuntos de dispositivos de comutação amostrando a mesma forma de onda de entrada. 

Um dispositivo alterna a metade positiva da forma de onda, enquanto o outro alterna a metade negativa semelhante a um amplificador classe-B. 

Sem nenhum sinal de entrada for aplicado, ou quando um sinal atinge o ponto de cruzamento zero, os dispositivos de chaveamento são LIGADOS e DESLIGADOS simultaneamente com um ciclo de trabalho PWM de 50% cancelando quaisquer sinais de alta frequência.

Para produzir a metade positiva do sinal de saída, a saída do dispositivo de comutação positiva é aumentada no ciclo de trabalho, enquanto o dispositivo de comutação negativo é diminuído da mesma forma e vice-versa. 

As duas correntes de sinal de comutação são intercaladas na saída, dando ao amplificador classe-I o nome de: “amplificador PWM intercalado” operando em frequências de comutação superiores a 250 kHz.

Amplificadores Classe-S

Amplificador de Classe-S é um amplificador que trabalha em modo de comutação não linear, ele é bastante semelhante ao tipo de operação dos amplificadores classe-D. 

A Sony desenvolveu sua tecnologia S-Master, em sua tecnologia, a Sony combinou várias técnicas para tornar a configuração de Classe-D adequada para aplicações domésticas de alta fidelidade. 

Aqui, o processo de conversão do sinal de entrada em um sinal de largura de pulso correspondente é chamado de modulação de comprimento de pulso complementar.

O amplificador classe-S converte sinais de entrada analógicos em pulsos de onda quadrada digital por um modulador delta-sigma e os amplifica para aumentar a potência de saída antes de finalmente ser Demodulado por um filtro passa-banda. O circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 9 abaixo.
Fig 9 - Amplificador Classe-S

Como o sinal digital deste amplificador de comutação está sempre totalmente “LIGADO” ou “DESLIGADO” (na teoria, dissipação de energia zero), tecnicamente a eficiências desse amplificador chegaria a 100% de eficiência.

Amplificadores Classe-T

Os amplificadores Classe-T são outro tipo de formato de amplificadores de comutação digital. Amplificadores Classe-T estão começando a se tornar mais populares atualmente como um projeto de amplificador de áudio.

Devido à existência de chips de processamento de sinal digital (DSP) e amplificadores de som surround multicanal, pois converte sinais analógicos em sinais modulados por largura de pulso digital (PWM) para amplificação aumentando a eficiência dos amplificadores. 

A empresa Tripath desenvolveu uma técnica que combina a qualidade do sinal de amplificadores classe A e AB com alta eficiência (cerca de 80-90%). 

Isso é feito usando uma combinação de circuitos analógicos e digitais, juntamente com algoritmos digitais que modulam o sinal de entrada usando uma forma de onda de comutação de alta frequência. 

O circuito ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 10 abaixo, esse foi obtido pelo datasheet do mesmo.
Fig. 10 - Amplificador Classe-T

Os projetos de amplificadores de classe-T combinam os níveis de sinal de baixa distorção do amplificador de classe-A e classe-AB e a eficiência de energia de um amplificador de classe-D.


Pessoal, o trabalho é grande, escrever, montar, testar, elaborar a PCI, armazenar para baixar, tudo isso dá muito trabalho, e não cobramos nada por isso!

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quarta-feira, 7 de outubro de 2020

Como Montar Cabo para LIVE - Instagram, Facebook, Youtube - Da mesa para o Celular

Audio e Sonorização , Eletrônica
Como Montar Cabo para LIVE - Instagram, Facebook, Youtube - Da mesa para o Celular
Fig. 1 - Como Montar Cabo para LIVE - Instagram, Facebook, Youtube - Da mesa para o Celular

Olá a todos!!

No post de hoje, montaremos um cabo de áudio específico para transferir o Áudio de seu sistema de som, que pode ser; uma mesa de som, um computador, uma interface de áudio ou qualquer outra fonte sonora que você precisa transmitir através do seu celular para fazer a sua LIVE de forma mais profissional.

Ao invés de tentar fazer uma LIVE de sua banda, ou seu culto de igreja, palestra e etc. capturando o áudio com o próprio microfone do seu Telefone, isso não é nada legal.

O som sai muito ruim, distorcido e com muito ruído indesejado, sendo difícil conseguir um público estável em suas LIVES.

Pois bem! O que é necessário para se fazer uma LIVE com baixíssimo custo, é a utilização de um cabo de Áudio, que faça a transferência do sinal de áudio que venha do sistema de som para o seu Smartfone. 

Porém, não é somente colocar um cabo com Conector TRS P2, "aqueles de Headphone", para Canon, que vai funcionar... 

Existe um conector já pronto no mercado que você pode está adquirindo em sua cidade, ou pela internet, como mostrado na Figura 2 abaixo. 
Fig. 2 - Cabo Para Live Plug P3 TRRS para XLR

No entanto, se você chegou aqui e deseja montar o seu próprio conector, vamos te dizer como elaborar de forma simples e eficaz.

Os Conectores de Áudio

Para esse projeto, utilizaremos dois conectores, conforme mostrado na Figura 3 abaixo:
Fig. 3 - Conector XLR Fêmea e Conector P3 Macho

  • O conector XLR - Será utilizado na saída do dispositivo de áudio, que no nosso exemplo, utilizaremos na saída auxiliar da mesa de som, que irá enviar o áudio para a entrada do smartphone, ele é um conector de três pinos conhecido como plugue Canon. Na lista abaixo temos as características e parâmetros do conector:
    • Tipo - Plugue XLR
    • Número de Vias - 3
    • Diâmetro - 6,35 mm
    • Característica - Fêmea
    • Versão - Soldável
  • O conector P3 - Será O Plugue necessário para fazer a conexão de recebimento de áudio no Smartfone, ele é um plugue do tipo TRRS - Tip/Ring/Ring/Sleeve. Esse Plugue tem algumas características e parâmetros a ser considerado para a escolhermos corretamente na lista abaixo:

    • Tipo - Plugue P3
    • Número de Vias - 4, TRRS
    • Diâmetro -  3,5 mm
    • Característica - Macho
    • Versão - Soldável
É importante lembrar, que existem duas configurações padrões utilizadas pelos fabricantes de dispositivos móveis, e em alguns dispositivos esses parâmetros, que no caso estamos falando da conexão do Microfone, sendo a que utilizaremos, eles vêm invertidos, como mostrado na Figura 4 abaixo.

Em alguns dispositivos, o negativo “terra” do microfone está conectado no último Anel de contato, e em outros casos, o negativo está conectado ao Anel 3 do Plugue. 

O padrão mais comum adotado pela maioria dos smartfones, “o que utilizo com Smartfone da Samsung” é a do lado direito da Figura 3, a qual o terra é ligado ao Anel 3 e o positivo ao Anel 4.    

Fig. 4 - Padrões e tipo de ligações Conectores P3

O Cabo de Áudio

Todos nós sabemos que, para ter uma boa qualidade de áudio em nosso sistema sonoro, é necessário a utilização de cabos de boa qualidade, isso evita os tais “hams”, “zumbidos”, roncos no canal de áudio do nosso sistema.
O que acontece também, corte das frequências “principalmente as mais altas” dos nossos instrumentos, então, é importante destacar que, o cabo tenha no mínimo os parâmetros básicos listados abaixo:
  • Tipo - Blindado
  • Número de Vias - 2 Vias
  • Modalidade - Cabo flexível
  • Blindagem - Em Trança ou Espiral
É necessário também, verificarmos a bitola do cabo, para não termos problemas na hora de soldarmos. Já que, se o cabo for muito grosso, pode acontecer de não caber no orifício de entrada do invólucro do Plugue P3, que tem o diâmetro menor, então sempre verifique o diâmetro da invólucro do plugue e o do cabo.

Diagrama Esquemático

Existem como já mencionado acima, dois tipos de ligações utilizados, e para não termos nenhum problema com essas ligações, pois depende muito de qual Smartfone você está utilizando, deixaremos diagrama esquemático das duas configurações.

O Primeiro diagrama sugerido na Figura 5 abaixo, é de negativo aterrado, essa configuração em muito utilizada em fones de ouvidos da Nokia, por exemplo.

Pelo qual o Positivo do Microfone externo é ligado no terceiro anel do Conector P3, e o Negativo do Microfone é ligado ao Terra do conector, sendo esse o negativo comum para todos.

Fig 5 - Configuração ligação XLR P3 em Terra comum

O Segundo diagrama sugerido na Figura 6 abaixo, é onde o negativo do Microfone está conectado no Terceiro Anel do Plugue P3, e esse Negativo é comum a todos.

Essa configuração na maioria dos Smartfones atualmente, como os telefones celulares da Samsung, por exemplo.
Fig. 6 - Ligação Conector XLR para P3 - Padrão mais utilizado atualmente

Após selecionado o tipo de cabo que você irá montar, é bom sempre ficar atento a alguns princípios básicos para executar a montagem do seu cabo e não ter dor de cabeça depois. Vamos às dicas de montagem:
  1. Escolha Conectores e Cabos de boa qualidade - Pode ser um pouco mais caro, mas vai te evitar ter dores de cabeça futuramente.

  2. Quando for montar, fique atento as numerações do Conector XLR - Pois a numeração do conector quando de frente para você, é uma, quando de costa para você ele inverte o lado, por esse motivo fotografei o plugue real já com o lado correto para você não se confundir.
     
  3. Antes de estanhar, coloque os  involucro, cápsula, embolo, como queira chama, antes de soldar, é comum esquecermos disso.

  4. Ao estanhar “soldar” o cabo no conector P3, seja o mais rápido possível - Quando se solda um plugue desse que seus contatos são separados com plástico, você corre o risco de derreter as conexões e fechar um curto, dando problemas no seu cabo e possível problema em seu celular.

  5. E por fim, verifique quando terminar tudo, se o plugue não tem curto-circuito, e teste a continuidade de todos os anéis.
E por hoje é só, espero que tenham gostado!

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