Ajuste de sensibilidade de amplificador (também chamado de ganho)

texto produzido por Marcelo S. Motitsuki
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criado em 2003

04/01/2006 - melhoria no esquema do circuito atenuador, bem como a inclusão de explicação do circuito. Inclusão das faixas de teste de 60Hz e 1KHz 0dB . Melhoria da descrição de medição utilizando o circuito atenuador.
04/02/2006 - melhoria do procedimento de aumento de sensibilidade e controle pelo potenciômetro.


O que é, pra quê e como regular o "ganho" de amplificadores

O que é:

Basicamente serve para ajustar a sensibilidade da entrada do amplificador à máxima tensão de saída fornecida pela unidade principal através dos cabos RCA.

Em outras palavras estaremos "contando" ao amplificador qual a máxima tensão de trabalho do cd-player ou outra fonte sonora.

O botão de "ganho" (ou sensibilidade) normalmente é parecido com um botão rotativo seja grande para ajuste manual ou pequeno do tamanho de um parafuso para ajuste através de uma chave de fenda. Está marcado com uma escala linear de 0 a 10 ou por tensões que variam do máximo ao mínimo aceito na entrada ou simplesmente não está marcado nada.




Fig. 1 - Exemplos de botões de regulagem de ganho

Controle de Ganho, Pra quê?

O controle de sensibilidade determina em qual volume da unidade principal o amplificador fornecerá a máxima potência para os falantes.

Conforme a regulagem, seu amplificador fornecerá potência máxima quando sua unidade principal estiver a 10%, 50% ou 100%,... do volume total, esse ajuste deverá ser feito apenas uma vez, casando sua unidade principal com o amplificador, independente da música que estiver tocando.

A boa regulagem evita distorções por ceifamento de onda ou clipagem do sinal. Conforme descrito mais abaixo.

Tecnicamente, o que ocorre?

Todo amplificador automotivo de 12 Volts, tem uma fonte de tensão simétrica, isto é, uma tensão positiva e outra negativa que é o limite da tensão de saída. Por exemplo, um amplificador pode ter uma fonte tensão de +20Volts e -20Volts. Portanto a saída terá uma variação de no máximo +20Volts e -20Volts.

Quando o amplificador estiver trabalhando perto do limite e o usuário aumenta o nível de grave, o amplificador tentará elevar a tensão de saída acima dos 20Volts, o que ocorre é o ceifamento da onda. Os picos e vales deixam de ser arredondados e passam a ser planos, sempre limitados nos +20Volts e -20Volts.

O que é essa tal de sensibilidade ou ganho?

Se o amplificador é muito sensível (ou o ganho está muito alto, ganho no 10, tensão no 0,5 Volts) indica que qualquer nível baixo de tensão na entrada, o amplificador vai estar gerando potência máxima na saída. Um nível de tensão muito grande na entrada estará gerando distorção na saída.

Se o amplificador não está muito sensível (ou o ganho está baixo, ganho no 1, tensão no 6 Volts) indica que para o amplificador fornecer a potência máxima, precisa de uma tensão considerável na entrada.

1 = menor sensibilidade
10 = maior sensibilidade
6 = menor sensibilidade
0.5 = maior sensibilidade

 

Problemas decorrentes de regulagem errada.

O principal problema é a distorção por clipagem ou ceifamento de onda de saída do amplificador.

Suponha que seu amplificador foi mal regulado e que a 50% do volume de sua unidade principal o amplificador forneça sua potência máxima, caso você eleve o volume da unidade principal acima dos 50%, pode ter a sensação que o som esteja tocando mais alto, em algumas partes da música ele até estará, mas nos picos, o amplificador estará distorcendo, sua forma mais comum é o ceifamento do pico do som, isto é, se analisarmos o som em um gráfico de tensão versus tempo, o que deveria ter o formato de um morro, montanha ou onda perfeita, terá um corte nos picos, deixando-as retas (vide figura 2). É o ceifamento da onda ou clipagem da onda, essa distorção é extremamente prejudicial aos falantes, podendo queimá-los, independente da potência, por exemplo, um falante de 100W RMS ligado a um amplificador de 50W RMS distorcido poderá queirmar ou ter sua vida útil diminuída.

Esta distorção também gera harmônicos em altas frequências, por isso que o tweeter é o primeiro a queimar, em seguida o midrange, midbass e por fim, o subwoofer.


Fig. 2 - Simulação de distorção por saturamento na entrada do amplificador (clipagem)

Se o amplificador for regulado para fornecer potência máxima a 130% do volume total da unidade principal, você estará sub-utilizando o amplificador, uma vez que este não terá uma tensão na entrada que o faça fornecer a potência total.

 

Desmistificando crenças populares

1. Um amplificador que tenha sensibilidade de 1,0 a 6,0 Volts na entrada RCA e forneça 100W RMS não irá produzir nenhum watt a mais se for ligado a uma unidade principal que forneça 6,0 Volts se comparado a um que forneça somente 1,0 Volt. Desde que esteja ajustado corretamente, nos dois casos o máximo de potência que o amplificador fornecerá será os 100W RMS. Para saber mais sobre as diferenças e vantagens do uso de diferentes tensões nas saídas RCA, veja o artigo "Diferenças de ruído em cabos RCA de 4,0 e 0,5 Volts" (colocar link).

2. Colocar a sensibilidade no máximo, não faz o amplificador fornecer mais potência que o especificado pelo fabricante. O mesmo não é um circuito milagroso que forneça mais potência do que ele foi projetado.

3. A maioria das pessoas não tem percepção auditiva para constatar distorção abaixo de 10%, portanto, não esteja tão confiante no seu ouvido.

 

Informações necessárias para regulagem de sensibilidade de um amplificador

Primeiramente é bom saber qual a tensão da saída RCA (saída de baixo nível) da unidade principal e a faixa de trabalho da entrada do amplificador.

Exemplo de especificação:

Cd-Player 1:
Preout max output level/output impedance 2.2 V/1 k Ohm
Cd-Player 2:
Nível de pré-saída/impedância de saída 500mV/1 k Ohm
Cd-Player 3:
Preout level/Load 1800mV (Max.)/10K Ohms
Preout Impedance < 600 Ohms
Cd-Player 4:
Nivel de saida de linha/Impedancia: 2.0 V/20 k Ohms carregado (escala cheia)
Impedancia de saida:1 k Ohm
Cd-Player 5:
Maximum Pre-Output Voltage 4 V/10 k ohms
Maximum Pre-Output Voltage 2V/10k ohms

Amplificador 1:
Sensitivity (rated output) MAX 0,15 Volts MIN 3.0 Volts
Amplificador 2:
Input Sensitivity (for rated power
output) ............ 200mV to 4.0V (1.0V at center detent)
Input Impedance ........................... Line in: 10k ohms<
Amplificador 3:
Sensibilidad/Impedancia de entrada
1,0 V/20 k. (0,3 V a 5,0 V, variable)
Amplificador 4:
Input Sensitivity/Impedance 1.0 V/20 k. (0.15 V to 3.0 V, variable)

Vamos supor algumas situações: Unidade principal com saída de 0,5 outro com 6,0 volts e um amplificador com entradas de 0,5 a 6,0 volts.

Caso 1:
cd-player (volts) 0.5
amplificador (volts) 0.5 a 6 ou 10 a 0 (escala linear)
ajustar sensibilidade/ganho no máximo = 0,5 Volts ou 10 na escala linear

Caso 2:
cd-player (volts) 6
amplificador (volts) 0.5 a 6 ou 10 a 0 (escala linear)
ajustar sensibilidade/ganho no mínimo = 6 Volts ou 0

Caso 3:
cd-player (volts) 8
amplificador (volts) 0.5 a 4 ou 10 a 0 (escala linear)
ajustar sensibilidade/ganho no mínimo = 4 Volts ou 0

Temos duas situações de regulagem da sensibilidade do amplificador, no primeiro caso, deve estar próxima do ganho máximo ( 0,5 Volts ou 10 na escala linear), pois precisará da sensibilidade máxima para atingir seu auge partido de uma pequena tensão de 0.5 Volts da unidade principal.

No segundo, a sensibilidade deve estar no mínimo ( 6 Volts ou 0 (zero) na escala linear ), pois temos uma tensão relativamente alta na entrada, necessitando um ganho mínimo do amplificador.

Já no terceiro caso você também regula o amplificador na sensibilidade mínima mas não poderá aumentar o "volume" do cd-player acima de 50%, pois acima desse patamar, o player estará jogando sinal com mais de 4 Volts o que fará o amplificador distorcer.

Problemas com incompatibilidade de equipamento

  caso 1 caso 2
CD-player, saída RCA (volts) 0.5 6
Amplificador, faixa de entrada (volts) 1 a 6 0.5 a 4
Ajustar sensibilidade máximo = 1 Volt mínimo = 4 Volts

Caso 1. Unidade principal com saída de 0,5 volts e amplificador mosfet com entrada de 1,0 a 6,0 volts.
O amplificador nunca fornecerá a potência máxima, pois a unidade principal não possui tensão suficiente para excitá-lo ao máximo.

Caso 2. Unidade principal com saída de 6,0 volts e amplificador mosfet com entrada de 0,5 a 4,0 volts nos RCA.
O melhor ajuste é deixar o amplificador na sensibilidade mínima (4 volts), note que por ser uma tensão inferior a máxima do CD-player, o amplificador vai estar distorcendo nas passagens de maior intensidade da música ou no volume acima de 75%, pois ultrapassa a sensibilidade do amplificador.

Ajuste da sensibilidade (ganho):

1o modo, de ouvido:

As configurações da unidade principal devem estar com o Loudness desligado, Fader, balanço, bass, treble, mid todos os ajustes de som no zero. Colocar o volume da unidade principal em 2/3 do total (se ele tem volume de 0 a 30 ajuste a 20, se ele vai de 0 a 70, ajuste a 46). Esse valor de 2/3 está relacionado a distorção harmônica THD que aumenta muito acima de 2/3 da potência total.

Após regulado, você não poderá aumentar o volume acima dos 2/3, salvo casos em que o cd tenha músicas muito atenuadas.

Mas esse valor de 2/3 do volume não será válido para conseguir a potência total do amplificador se a tensão nominal do cd-player for igual a mínima tensão aceita pelo amplificador, nesse caso, deixe o volume do cd-player no máximo. Exemplo: cd-player com 0,5 Volts e amplificador que suporta 0,5 a 6,0 Volts. A 2/3 do volume do player, ele fornecerá aproximadamente 0,3 Volts

Iniciando os teste pelos falantes estéreo:

O tipo de música recomendada é aquela que não tem reforços nos graves, cantores como Madonna e Michel Jackson são alguns exemplos. Generalizando são as músicas que tem voz masculina e feminina.

Com o ajuste da sensibilidade do amplificador no mínimo, aumente-a até ouvir distorção, então diminua o ganho, pois a percepção de distorção humana é ruim e só percebemos altas distorções. Afaste-se do carro aproximadamente três metros e tente ouvir alguma distorção, caso positivo, diminua um pouco a sensibilidade. Com três metros de distância nossos ouvidos estão menos suscetíveis às influências do interior do carro facilitando a percepção de distorção.

Mantenha os canais estério deste modo e aumente a sensibilidade do amplificador do subwoofer até a uma intensidade sem distorção mas compatível com a dos falantes estéreo, buscando o equilíbrio tonal do sistema sem que nenhuma freqüência se sobresaia, conseguindo assim um som harmônico.

Afaste três metros e escute novamente, se perceber distorção, abaixe a sensibilidade do subwoofer, repita esta operação até o som estar harmônico.

Após isto abaixe um pouco mais a sensibilidade dos canais estério e do subwoofer, mantendo a mesma proporção, para que exista uma margem para os ajustes finos que poderão ser feitos pela unidade principal como o Grave, Agudo, Médio, etc.

Se você deixar a sensibilidade alta, quando a unidade principal estiver num volume baixo você terá o amplificador fornecendo intensidade máxima, se aumentar mais o volume da unidade, o amplificador vai gerar distorção nos picos da música que acarretará na queima dos falantes/subwoofer, como escrevemos no início.

 

2o modo, com computador:

Utilizando um computador para monitorar a forma de onda no falante/subwoofer, podemos monitorar a forma de onda na saída do amplificador, portanto um método mais exato do que a percepção humana de escutar e tentar descobrir que o sinal está distorcendo.

Material:
1. Unidade principal (CD-Player, Toca-fitas, Disqueteira, MP3-player, Disk-man)
2. Cd com faixas de freqüências fixas de 60Hz e 1KHz, ou utilizando a saída da placa de som e software de geração de freqüências. Baixe aqui uma faixa contendo 60Hz 0dB e aqui a faixa de 1KHz 0dB
3. Placa de som do computador com entrada auxiliar (entrada de linha (line-in))
4. Software de simulação de osciloscópio no computador (Ex: trueRTA , The oscilloscope osci)
5. Circuito atenuador para ligar a saída do amplificador na entrada auxiliar do computador
6. Multímetro (true rms opcional)


Fig. 3 - imagem do esquema elétrico e de ligações
Observações:
- (1) - Preste atenção para não fornecer mais que 1 Volt AC na placa de som, pois queimará. Primeiro meça a tensão, somente depois insira na placa de som;
- (2) - A parte negativa deve ser ligado na malha externa e o sinal positivo no fio interno;
- (3) - Ligue o fio positivo em ambos os conectores tornando o sinal mono, isto é, igual para os dois canais;
- (4) - Utilize um potenciômetro linear, pois há no mercado potenciômetros logarítmicos;
- (5) - Não estamos utilizando carga na saída, pois entendemos que a saturação acontece na etapa de entrada do amplificador e não depende da corrente consumida pelo amplificador em carga.

Detalhamento dos componentes do Circuito Atenuador:
- 1 plugue P2 estéreo
- 2m cabo coaxial (uma via, blindada. Cabo comumente utilizado para microfones ou cabos de áudio/vídeo)
- potenciômetro 10K Ohms linear
- resistor 100K Ohms 1/4 watt

Os meios de conexão entre o fio que vai para o amplificador e a ligação do cabo coaxial no circuito atenuador fica a seu critério, podem estar diretamente soldados. No exemplo abaixo, utilizei conectores RCA.



Fig. 4 - Protótipo do circuito atenuador utilizado nos testes

As configurações da unidade principal devem estar zeradas: Loudness desligado, Fader, Balanço, bass, trebre, mid, enfim todos os ajustes de som no zero.

Utilize freqüência de 60Hz para o canal com passa-baixa e 1kHz para o canal com passa-alta.

Com todo o material em mãos:
- ajuste a sensibilidade do amplificador no mínimo;
- ligue a alimentação do amplificador;
- ligue a alimentação do cd-player;
- ligue a saída RCA do cd-player na entrada RCA do amplificador;
- a saída do amplificador deverá estar sem carga, isto é, sem falante ou resistência, e deve ser ligada ao circuito atenuador;
- ajuste o volume do player em 2/3 ou no máximo caso você não escute CDs de música clássica;
- ajuste o potenciômetro para que a tensão não ultrapasse 1 Volt AC medido no multímetro.
- conecte o plugue na placa de som; somente ligue o plugue na placa de som quando você tiver certeza que o sinal não é superior a 1 Volt;

- vá aumentando a sensibilidade do amplificador, o sinal irá aumentar, ajuste simultaneamente o potenciômetro para que a tensão não ultrapasse 1 Volt, com isso, aumentando a sensibilidade do amplificador, a tensão irá subir, mexa no potenciômetro fazendo a tensão diminuir. O importante é a forma de onda, não a tensão na saída do amplificador. Lembrando que não devemos inserir sinal acima de 1 Volt na entrada da placa de som.
- repita o procedimento de aumentar a sensibilidade do amplificador e diminuir a tensão no potenciômetro até enxergar distorção;
- quando visualizar distorção, retorne um pouco o ganho e pronto. Este canal está regulado, repita este procedimento para todos os canais do amplificador com isso você garante que não vai ter sinal distorcido queimando seus falantes.

Observação: distorção também poderá ser gerada pela placa de som, o princípio é o mesmo do amplificador. Uma tensão acima da suportada entrando na placa de som, gera distorção na tela e na saída amplificada de seu coputador. Assim como a entrada de uma tensão acima da suportada pelo seu amplificador, gera distorção na saída amplificada.


Volume 23
Sinal sem distorção

Volume 25
Início da distorção

Volume 26
Distornção aumentando

Volume 27
Distorção acentuada.

Fig. 4 - imagens obtidas na saída de um amplificador com sensibilidade máxima e aumentando o volume do CD-Player que vai até 30

 

 

3o modo, com osciloscópio:

Material:
1. Gerador de sinais de bancada
2. Osciloscópio
3. Multímetro true rms pra ajudar na medição

O procedimento é parecido com o 2o modo e não será detalhado aqui. Acreditamos que pra quem tem esse tipo de equipamento, o procedimento Ú trivial.



Autor: Marcelo S. Motitsuki - 2003 - Autosom.net
Agradecimentos:
Sandro <sepacheco@yahoo.com>
Admilson <adm.silva@ig.com.br>
Álvaro José Rego <alvreg@uol.com.br>
Lista de discussão: autosom@yahoogroups.com
Revisão: Ronaldo (RONIE) - webforum

Links interessantes:
distorcao por saturacao
http://www.eatel.net/~amptech/elecdisc/2ltlpwr.htm

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