Iniciando no AUDIO PROFISSIONAL III – Amplificadores

Amplificador Audio
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Bom, nesta terceira parte, irei falar sobre os sistemas de amplificação, e sobre como podem ser utilizados e ligados.

Bom, primeiramente, percebo que as pessoas em geral, técnicas ou não em audio, não conhecem todos os recursos e as principais diferenças entre sistemas de amplificação. Já fui perguntado diversas vezes porque você utiliza essas potências nesse sistema, para graves e esse outro modelo para os médios, não poderia ser tudo igual? Ou, voê tá ligando essa potencia errado, vai ficar os dois lados ligados juntos?

Essas e outras perguntas me fizeram recolher este material e falar basicamente quais as principais diferenças no que se refere a ligações e classes de amplificação. Primeiro, o porque de várias classes de amplificação.

CLASSES DE AMPLIFICAÇÃO

As classes de amplificação não são qualidades e sim técnicas de construção dos sistemas, o que permite que determinado tipo de amplificador seja mais adequado para uma determinada faixa de frequências, como todos os equipamentos de áudio, as principais são:

CLASSE A – Os dispositivos de amplificação do sinal (transistores ou válvulas) de saída conduzem corrente durante todo o ciclo do sinal. O rendimento é baixo (teoricamente 25%, tipicamente menos ainda), mas a qualidade é máxima, pois não existe transição entre dispositivos, sendo assim o sinal é absolutamente ininterrupto. Pelo alto consumo e peso, esta classe é usada quase exclusivamente por audiófilos e em amplificadores de referência (estúdio), ou então em valvulados de baixa a média potência (até 30W) para guitarra, bem como alguns equipamentos residenciais de alta fidelidade.

Classe B – Os dispositivos de saída conduzem corrente durante exatamente meio ciclo de sinal cada um. Um dispositivo é responsável pelo semiciclo positivo, e o outro pelo negativo. Na passagem de um dispositivo para o outro, um deles deixa de conduzir corrente antes de o outro começar a fazê-lo, e aparece uma descontinuidade no sinal, chamada distorção de transição. Esta distorção afeta fortemente sinais de alta freqüência e baixa amplitude. Por esta razão, não se usam amplificadores classe B “pura”. O rendimento teórico é de 64% aproximadamente.

Classe AB – Para sanar o problema da distorção de transição, na classe AB cada dispositivo de saída conduz corrente durante um pouco mais do que meio ciclo, de modo que quando um dispositivo assume o sinal, o outro ainda está ativo e portanto não existe a descontinuidade citada na classe B. A qualidade sonora se aproxima da classe A, mas o rendimento energético é bem maior, chegando na prática a 60%. São os tipos de amplificadores mais utilizados em sistemas de P.A. e em sistemas residenciais, possuem uma relação de qualidade X peso X custo muito aceitável e integram certamente mais de 70% dos equipamentos de uso geral.

Classe D – Nesta classe, os dispositivos de saída não operam diretamente amplificando o sinal de áudio. O sinal de entrada é aplicado a um conversor PWM (modulador de largura de pulso), que produz uma onda retangular de alta freqüência (muito acima de 20kHz), perfeitamente quadrada quando não há sinal de áudio na entrada. Quando existe sinal, a parte positiva da onda retangular se torna tão mais larga quanto mais alta é a tensão do sinal de áudio, estreitando-se a parte negativa de modo que a freqüência da portadora (a onda retangular) se mantém constante, mas o valor médio da tensão se torna tão mais positivo quanto o sinal de entrada. No semiciclo negativo, naturalmente a parte negativa da portadora é que se alarga, tornando negativo seu valor médio. Na saída, fazendo-se a portadora modulada passar por um filtro sintonizado em sua freqüência, ela é removida, restando o sinal de áudio. Em um projeto bem feito, pode-se obter alta qualidade de áudio com um rendimento energético teórico de 100%.

Como isso é possível? Os dispositivos de saída, operando com uma onda retangular de amplitude constante e máxima (de um extremo a outro da tensão da fonte), estão – o tempo todo – um deles com tensão zero e corrente máxima, e o outro com tensão máxima e corrente zero. Sendo a potência igual ao produto da tensão pela corrente, fica claro que a potência dissipada nos dispositivos de saída é sempre zero, portanto toda a energia da fonte de alimentação é transferida para o alto-falante. Na prática, os dispositivos de saída não chegam a trabalhar com ondas perfeitamente retangulares, nem chegam à tensão zero, o que causa um certo desperdício de potência; mas mesmo assim, o rendimento é sempre mais de 90%.

Até pouco tempo atrás era raro se encontrar amplificadores deste tipo, porém, com o surgimento de amplificadores “DIGITAIS”, que operam com este tipo de classe de amplificação, e o baixo custo de confecção atual dos mesmos, são o grande BOOM da industria atual, e com algumas variações, devem se tornar em pouco tempo os sistemas mais comuns.

Classe D em ponte – Classe K – É uma variante da classe D. Para eliminar o filtro passivo na saída do amplificador, que é volumoso, pesado e ainda reduz o fator de amortecimento, usam-se dois amplificadores classe D ligados em ponte. Com isso, a portadora é cancelada (pois ela existe nas duas seções em classe D com a mesma amplitude e fase), restando o sinal puro de áudio sem a necessidade do inconveniente filtro passivo. O amplificador classe D em ponte é chamado por alguns fabricantes de amplificador classe K. É o sistema digital puro, como concepção, na prática, os sistemas de amplificação K são ainda raros pelo custo, e o uso de amplificadores com misturas de classe como D+AB por exemplo estão sendo mais rentáveis.

Classe H – Nestes amplificadores, a tensão da fonte de alimentação varia conforme o sinal de entrada, de forma a só fornecer ao estágio de saída a tensão necessária a seu funcionamento. A tensão da fonte pode variar entre dois ou mais valores, acompanhando assim de forma aproximada o sinal de saída. Dessa maneira, a tensão sobre os dispositivos de saída se mantém, em média, muito menor do que em um amplificador classe AB. Reduz-se então a potência dissipada nestes dispositivos, consumindo então muito menos energia para a mesma potência de saída.

O estágio de saída é, na realidade, uma classe AB cuja fonte varia “aos pulos” conforme a potência requerida. Em potências baixas, quando a fonte não chega a comutar, o amplificador classe H se comporta exatamente como se fosse uma classe AB de baixa potência. As vantagens do amplificador classe H são evidentes: menor consumo, menor tamanho e menor peso que o classe AB. A desvantagem é a qualidade inferior de áudio, principalmente nas frequências mais altas, causadas pela comutação da fonte, que transparece para a saída em forma de distorção de transição. Quanto maior o número de comutações de tensão de fonte, maior é o rendimento energético e pior é a qualidade sonora.

Os amplificadores classe H são os mais usados, em sistemas de sonorização, para a reprodução de subgraves e graves, onde se requerem as maiores potências e também onde os defeitos da classe H não afetam a qualidade sonora. É preciso deixar claro que os amplificadores classe H não são melhores para os graves – mas são, realmente, mais econômicos e atendem perfeitamente à necessidade.

FORMAS DE LIGAÇÃO DE AMPLIFICADORES

Os amplificadores de potencia, são os responsáveis pela elevação do sinal de entrada a ponto de produzir uma excitação nos alto-falantes, eles são responsáveis diretos pelo volume do sistema. Para que posamos dimensionar os sistemas de áudio de forma correta, precisamos utilizar dependendo do sistema, dezenas ou até mesmas centenas de amplificadores ligados de forma que possamos tirar seu melhor rendimento e casando a potência dos amplificadores com a potência dos alto-falantes, levando em consideração ainda as diferentes potencias para equilibrar o sistema de forma que obtenhamos uma uniformidade e uma maior qualidade final do sistema.

Todos os amplificadores de potência possuem uma impedância mínima em Ohms que deve ser respeitada, a colocação de falantes com impedâncias inferiores irá causar sobre aquecimento do amplificador que poderá causar danos aos alto-falantes e/ou ao amplificador.

Ligação de Entrada em Paralelo

É a colocação de 2 ou mais amplificadores ligados “lado a lado” podendo ser amplificadores stereo ou mono, onde um amplificador stereo poderá ser tratado como 2 amplificadores mono. O mesmo sinal obtido de um lado é obtido também do outro lado. Alguns modelos possuem saída de sinal paralelo diretamente em suas conexões, podendo ser isoladas ou não internamente, o que garante uma menor distorção e ruído no próximo amplificador. Para os modelos que não possuem saídas paralelas, poderá ser utilizado um splitter de forma que possam ser ligados diversos amplificadores. A potencia de saída de cada canal permanece inalterada, ou seja, podem ser explorados todos os tipos de ligações dos alto-falantes respeitando a impedância mínima.

Ligação de Entrada/Saída em ponte

É comumente chamada de ligação em Bridge e diferente do que muitos técnicos acreditam, é possível ligar qualquer amplificador stereo em bridge, ou 2 amplificadores mono em bridge, bastando-se para isso que o sinal de um dos lados (canal do stereo ou entrada do mono) seja invertido de fase em 180º, alguns amplificadores possuem este inversor interno, o que possibilita a ligação diretamente em seus bornes de conexão, do sistema já em bridge. Muitas pessoas se preocupam em ligar o sistema e danificar o amplificador, já que a potencia total de um sistema bridge é dobrada, mas este fato não existe, já que cada amplificador ou saída trata somente 50% da potencia.

O que deve ser atentado é que para a ligação de um sistema em bridge, a potencia em Ohms mais baixa é inatingível, ou seja um amplificador de 2Ohm ligado em bridge vai permitir uma carga mínima de 4Ohms, ou seja, a soma da carga mínima de cada lado. Para realizar esta ligação, deve-se pegar cada canal do alto-falante e ligar em um dos bornes positivos do amplificador. Alguns amplificadores necessitam (geralmente quando utiliza-se 2 mono) que seja fechado um jumpper (curto) entre os bornes negativos, porém, só deve ser feito este tipo de jumpper se assim estiver especificado, para evitar a queima dos equipamentos.

Ligação de Saída em Paralelo

É a colocação de 2 ou mais alto-falantes ou caixas acústicas ligados em um mesmo borne de saída, para esta ligação, deve ser observado a carga mínima (em Ohms) do amplificador, por exemplo: Amplificador 4Ohms onde 2 Alto-falantes de 8Ohms em paralelo, total 4Ohms. Para se calcular a impedância mínima, a cada alto-falante ligado a impedância cai em 50% do valor do alto-falante. Ex: 2 de 8Ohms = 4Ohms, 2 de 4Ohms=2Ohms.

Ligações da Saída em Série

É a colocação de 2 ou mais alto-falantes ligados um ao outro Ex: (-Amp)—(-Ft1) (+Ft1)—(-Ft2) (+Ft2)—(+Amp). Esta ligação poderia abrigar diversos alto-falantes idênticos, e o calculo da impedância do sistema é a soma da impedância de cada alto-falante.

Ligações de Saída em (Série + Paralelo)

É a colocação de diversas séries em paralelo ou vice-versa, dessa forma, pode-se casar as impedâncias, é uma maneira muito usada de ligação, já que as caixas com 2 Alto-falantes geralmente é ligada em paralelo, e sua saída é ligada em série, para permitir um casamento de impedância dos alto-falantes. O calculo da impedância total do sistema, é a soma e divisão de acordo com os cálculos anteriores, respeitando-se a ordem em que foi feita cada ligação.


Nome: DENILSON ALVES COSTA
Texto: Tem conteúdo bastante significativo e esclarecedor. Nota-se que ainda existem profissionais com muito tempo de mercado e ainda desconhecem classe de operação.
Resposta:Com certeza, muitos técnicos experientes desconhecem classes de operação de amplificadores e não sabem sequer a diferença e usos delas. É lastimável, mas no Brasil ainda existe muita desinformação, principalmente neste ramo de sonorizaçao profissional.

Nome: Samuel
Texto: Excelente! Gosto muito desta área em eletrônica, e, quero aprimorar meus níveis de conhecimento. Tenho certeza que este documentário sobre classe de amplificadores supriu minhas necessidades momentânea, e, gostaria de saber como posso acessar os outros itens. Grato.
Resposta:Olá, no site, periodicamente publicamos matérias com diversos assuntos sobre áudio, iluminação e outros temas voltados a área de eventos.

Nome: alexandre dalceno
Texto: Primeiramente gostaria de agradecer os artigos publicados. Tenho muita dúvida com esta questão de potências x caixas. Para conseguir o máximo de rendimento de uma potência em um determinado PA, tenho que casar potência e impedância de ambos, correto? Exemplo: uma potência de 1000W e 8 Ohms que trabalha em 4 Ohms, para se obter 500w por canal, devo ligar duas caixas 8 Ohms de cada lado do PA uma coluna com um Sub e uma Três vias com soma de potência dos auto falantes = 500W, transformando o sistema em 4 Ohms caseado com a potência que desta forma passa a operar em 4 Ohms. Isto está certo? Se é que fui claro, esta ligação está em paralelo ou em linha? Podem me indicar um curso profissional de áudio e de confiança? Desde já obrigado.
Resposta:O Correto, é sempre deixar uma folga de potência nos amplificadores, ou seja, um amplificador que de 5000w em 2Ohms, sendo 2500w por canal, deveria trabalhar com caixas de som de até 1250w em 2Ohms, ou seja 2 auto falantes de digamos 600w 4Ohms cada. O que jamais deve ser feito é ligar uma carga de menor resistência, se um amplificador trabalha só em 4Ohms, liga-lo a um sistema em 2Ohms vai danificar o equipamento.

Nome: Alexandre Dalceno
Texto: Boa noite pessoal EquipaShow, desde já agradeço a paciência, mas sou cabeça dura mesmo. Com relação a resposta enviada, ainda tenho uma dúvida. Potencia 5000W = 2500W por canal – ok sem mistério. Trabalhar com folga no amplificador ok também, estou estranhando o tamanho da folga, acho que estou entendendo errado. Esté me dizendo caixas de 1250W – duas caixas por canal, é isso? mais aí de 2500W por canal e não tem folga nenhuma, se for só uma caixa acho que é pouco. Não consigo entender a relação que 2 auto falantes de 600W cada, possam trabalhar de forma compatível com a potencia de 2500W por canal. Pode, por favor, me dar um exemplo mais simples ainda, se é que é possível?
Resposta: A folga ideal, é realmente 50% da potência em sistemas full-range, em sistemas de 4 vias cada via tem a sua margem, mais realmente, a precisão dos amplificadores, principalmente os AB e H é muito baixa, e acima da metade da potência, eles começam a gerar mais de 1% de distorção o que é perigoso para os auto falantes.

Nome: Ricardo
Texto: ola também tenho uma duvida, e como o nosso amigo explicou mais acima, tem muitos técnicos de som que não entendem de som. Posso exemplificar, tenho um Amplificador que debita 200W por canal em 4 ohms,135W por canal em 8 ohms e o mesmo em bridge debita 397W em 8 ohms, e tenho uma caixa de 3 vias que totaliza no conjunto 500W lembro que a caixa tem divisor de frequência e todos os componentes são de 8 ohms e ai surge a duvida. Posso ligar essa caixa no amplificador em modo bridge? Pela logica sim, penso eu, porque elea opera em 8 ohms em bridge e a caixa e de 8 ohms também. PODE OU NÃO? Aqui na minha cidade as opiniões dos profissionais são diferentes, um diz que pode mas não vai ter aquele efeito stereo no som, outro diz que e melhor ligar em um só canal em stereo, então se a caixa tem na soma total 500W em 8 ohms e o Amplificador só manda por canal 135W em 8 ohms, não e melhor ligar em bridge com 397W com os mesmos 8 ohms?
Resposta: Poder ligar essa caixa neste amplificador em bridge pode sim, sem medo. Pelo que vejo o amplificador é muito fraco para a caixa, já que o recomendado seria de no mínimo 2x a potencia de amplificação, ou seja, uma caixa de 500wRMS @ 8Ohms deveria ter um amplificador de no mínimo 1000wRMS @ 8Ohms que poderia ser a potencia em bridge. Isso considerando uma caixa de 2 ou de 3 vias.

Nome: Flavio
Texto: Eu quero que me expliquem o que diferencia internamente um amplificador de 4 ohms e outro de 2 ohms? a fonte? circuito? quantidade de transistores? capacitância?
Resposta:Cada projetista tem uma forma de lidar com a potência, ou seja, só olhando não dá para saber, um amplificador é nada mais nada menos que um controle de um eletroímã, que é a bobina dos auto falantes, quanto menor a resistência em ohms maior a corrente existente no sistema e consequentemente maior a potencia necessária. Quanto mais próximo de zero, mais próximo a um curto-circuito estamos, em tese, todo e qualquer amplificador consegue tocar uma carga de 2ohms ou de 4 ohms, a diferença é que com cargas muito baixas (abaixo do que o amplificador resulta) os transistores da etapa de saída vão aquecer demais e queimar. A Maioria dos amplificadores AB, que suportam cargas de 2 Ohms possui uma bobina maior, para suportar o consumo e não aquecer até queimar, e possui uma ponte com maior quantidade de transistores.

 

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