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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
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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
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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
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Dedico este trabalho à minha famı́lia e meus amigos.
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”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
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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).
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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
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4.2 RESULTADOS DA IMPLEMENTAÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5 CONCLUSÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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.
-
2.5 Amplificador Diferencial 27
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
-
2.5 Amplificador Diferencial 28
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.
-
3.1 Pré-Amplificador 39
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,
-
3.1 Pré-Amplificador 40
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.
-
3.1 Pré-Amplificador 41
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).
-
3.1 Pré-Amplificador 42
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.
-
3.1 Pré-Amplificador 43
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
)
Resposta em Frequência
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
)
Resposta em Frequência
Frequência: 1.202e+04
Magnitude: 11.38
Frequência: 1.202e+04
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)
Resposta em Frequência
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
-
4.2 Resultados da implementação 59
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
)
Resposta em Frequência
Figura 46: Transformada de Fourier para 16,5 dB.Fonte: Autoria própria.
-
4.2 Resultados da implementação 60
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)
Resposta em Frequência
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)
Resposta em Frequência
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.
-
4.2 Resultados da implementação 61
a)
101
102
103
104
105
Frequência (Hz)
0
5
10
15
Magnitude (
dB
)
Resposta em Frequência
Frequência: 1.2e+04
Magnitude: 12.9
b)
101
102
103
104
105
Frequência (Hz)
-15
-10
-5
0
Magnitude (
dB
)
Resposta em Frequência
Frequência: 1.2e+04
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.
-
4.2 Resultados da implementação 62
a)
101
102
103
104
105
Frequência (Hz)
0
2
4
6
8
10
12
14
Ma
gn
itu
de
(d
B)
Resposta em Frequência
Frequência: 2500
Magnitude: 14
b)
101
102
103
104
105
Frequência (Hz)
-20
-15
-10
-5
0
Ma
gn
itu
de
(d
B)
Resposta em Frequência
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.
-
4.2 Resultados da implementação 63
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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