Colunas acústicas activas

Colunas acústicas activas



Descrição de um sistema de três vias com uma potência de saída total de 60 watts.


Figura 1 - Esquema do amplificador






Figura 2 - Resposta global do amplificador




As colunas acústicas da maior parte das cadeias de Hi-Fi contêm dois ou três altifalantes, cada um dos quais pode funcionar dentro de limites de frequência bem definidos. Só deste modo, os difusores apresentam uma resposta igual ou superior à banda de áudio e, portanto, podem reproduzir de modo fiel todas as frequências que o ouvido humano pode perceber.
O uso de vários altifalantes é indispensável, porque um único elemento não pode cobrir toda a banda de áudio com suficiente fidelidade. Um bom altifalante apresenta sempre uma banda passante bastante estreita e, portanto, segundo a gama de frequências de funcionamento, é necessário usar altifalantes de graves (woofer), concebidos especialmente para a reprodução das frequências mais baixas (até um máximo de 500 Hz); altifalantes de médios (midrange) que cobrem as frequências centrais, e altifalantes de agudos (tweeter), que reproduzem exclusivamente as frequências mais altas. Também existem altifalantes de um tipo especial (com duas membranas) que cobrem toda a gama de áudio, mas a fidelidade da sua reprodução não se pode comparar com a dos altifalantes para alta fidelidade.
Estes altifalantes de duas membranas utilizam-se quase exclusivamente nas instalações de autorádio, nas quais, mais do que fidelidade de reprodução, o que interessa é o maior rendimento possível do altifalante. Para funcionar correctamente, os altifalantes de alta fidelidade devem ser excitados com as partes da banda de áudio mais adequadas às suas características específicas.
Assim, por exemplo, aos dois terminais de um altifalante de agudos deverão aplicar-se sinais de frequência superior a 3/5 KHz, porque este tipo de altifalante não pode reproduzir adequadamente as frequências inferiores a estas, o que afectaria a fidelidade do som. Por este motivo, todas as caixas acústicas utilizam filtros que, tendo em conta as consideráveis potências que intervêm, só podem ser passivos, Isto é, formados por bobines e condensadores. Excepto nalguns casos, estes filtros apresentam uma curva de resposta com flancos da ordem de 6 dB/oitava, o que significa que a separação entre as gamas de frequência deixa bastante a desejar quanto à precisão.
Voltando ao exemplo anterior, o resultado seria que aos terminais do altifalante de agudos seriam aplicados também sinais de distinta amplitude, inferiores a 3/5 KHz, com uma notável deterioração da qualidade de reprodução de som do altifalante. Outro inconveniente dos filtros passivos é o consumo de potência, que se traduz numa diminuição do rendimento da caixa acústica.
Para solucionar estes inconvenientes, foram criados vários sistemas. Entre eles, o mais utilizado ultimamente consiste em usar vários amplificadores de potência incluídos na própria caixa acústica, que alimentam separadamente, cada altifalante da caixa, e que amplificam, cada um, uma parte bem definida, e precisa, da banda de áudio. Estes amplificadores são precedidos por filtros activos com flancos da ordem de 12 a 24 dB/oitava, que permitem que cada altifalante reproduza apenas as frequências compreendidas dentro da sua gama de trabalho. Estas caixas são designadas com o nome de activas, porque não requererem um amplificador de potência, exterior.
Outra vantagem deste tipo de caixas é a melhor distribuição de potência entre os diversos altifalantes. Para obter a mesma pressão acústica produzida por uma caixa acústica convencional ligada a um amplificador de 60 W, bastará excitar o altifalante de graves com um amplificador de 30/40 W e os altifalantes de agudos e de médios com diversos amplificadores de 20 W O projecto da montagem que se descreve a seguir, permite realizar uma caixa acústica activa de três vias, com uma potência total de 60 W.



Figura 3 - Identificação dos terminais do TDA2030A





Figura 4 - Esquema do circuito experimental para o ensaio do TDA2030A



Funcionamento do circuito


Na figura 1 reproduz-se o esquema do circuito. Os três amplificadores utilizam o conhecido circuito integrado TDA 2030A da firma SGS, que pode fornecer uma potência de saída máxima ligeiramente superior a 20 W.
O circuito é completado com uma fonte de alimentação que deve proporcionar a tensão de 22 V necessária para o funcionamento dos três amplificadores. Como o amplificador que ataca o altifalante de graves teria uma potência de saída insuficiente, além do TDA2030 usa um par de transístores complementares adicionais BD907 / BD908, ou BD911 / BD912. Estes dois transístores devem estar equipados com um dissipador de calor cada um deles. Na entrada do amplificador para o altifalante de graves existe um filtro passa-baixo com uma frequência de corte inferior a 300 Hz.
Os amplificadores de médios e de agudos são muito semelhantes entre si, excepto nos filtros de entrada. No primeiro caso usa-se um filtro passa-banda cuja frequência de corte inferior é de 300 Hz e a de corte superior é maior do que 3 KHz. No segundo caso, o filtro é de passa-alto, com uma frequência de corte de 3 KHz. As duas secções podem fornecer uma potência de saída de 20 W, cada uma com altifalantes de 4Ω, ou de 15 W com altifalantes de 8Ω.
Na figura 2 mostram-se as respostas de frequência sobrepostas dos três amplificadores que, como se vê, dão como resultado uma resposta global plana. Por intermédio do potenciómetro de ajuste P1 pode-se regular a amplitude do sinal de entrada. A sensibilidade do amplificador de três vias é de cerca de 500 mV e, portanto para obter a máxima potência de saída da caixa, o nível do sinal de saída do pré-amplificador utilizado deverá ser desta mesma ordem de grandeza no mínimo.
O secundário do transformador de alimentação deverá fornecer uma tensão de 20 V alternados, com uma corrente mínima de 3 A. O conjunto poderá alojar-se no interior da caixa acústica, sempre que seja possível montar no exterior os transístores TR1 e TR2 com os respectivos dissipadores de calor. Se isto não for possível, o mais aconselhável será montar o amplificador no interior de uma pequena caixa metálica ou de plástico e instala-la na parte superior da caixa acústica, por intermédio de dois parafusos.

Montagem





Figura 5 - Traçado do circuito impresso






Figura 6 - Montagem dos componentes




Usando a placa de circuito impresso da figura 5 e dispondo os componentes como se mostra na figura 6, a montagem não deverá apresentar nenhuma dificuldade. Não se deverão esquecer os shunts com fio de ligação e deverão ter-se em conta as respectivas orientações dos componentes activos e dos condensadores electrolíticos.
Na figura 3 está representada a identificação dos terminais do circuito integrado TDA2030A, e na figura 4 está representado o esquema do circuito de teste do TDA 2030A.

Entrada em funcionamento


Uma vez terminada a montagem, ligam-se os altifalantes às correspondentes saídas do conjunto e, à entrada deste será aplicado um sinal musical proveniente de um pré amplificador.
É aconselhável utilizar um cabo blindado de boa qualidade para realizar esta ligação, com o fim de evitar a captação de zumbidos e ruídos. Depois de comprovar que o conjunto funciona correctamente, ajusta-se o potenciómetro P1 de modo que, com a saída máxima do pré-amplificador exterior, não se produzam sobrecargas dos amplificadores da caixa acústica.
É evidente que no caso de o sistema ser estereofónico, será necessário montar um amplificador para cada caixa acústica.

Lista de material


Resistências 1/4W ±5%

• R1, R9 = 1KΩ
  
• R2, R3, R5, R12, R17, R18, R21 = 22KΩ
  
• R4 = 100KΩ
  
• R6, R7 = 1,5Ω
  
• R8, R10 = 3,3KΩ
  
• R11 = 6,8KΩ
  
• R13, R20 = 100Ω
  
• R14 = 68KΩ
  
• R15, R22 = 2,2KΩ
  
• R16, R23 = 1Ω
  
• R19 = 12KΩ
  

Condensadores

• C1 = 4700μF 40V
  
• C2 = 22nF
  
• C3 = 1μF 16V
  
• C4 = 33nF
  
• C5 = 18nF
  
• C6, C8, C9, C16, C17, C23, C24 = 220nF
  
• C7, C10 = 1000μF 35V
  
• C11, C12 = 100nF
  
• C13, C20, C21 = 3,3nF
  
• C14 = 1,5nF
  
• C15, C19, C25, C26 = 100μF 25V
  
• C18 = 220μF 25V
  
• C22 = 47μF 25V
  

Semicondutores

• IC1, IC2, IC3 = TDA2030A
  
• TR1 = BD908 ou BD912
  
• TR2 = BD907 ou BD911
  
• D1 a D6 = 1N4002
  
• PR1 = ponte rectificadora de 60 W, no mínimo
  

Diversos

• P1=47KΩ ajustável
  
• T1 = 230 V/20 V, 60 VA
  
• Altif. 1 = altifalante de graves de 4Ω
  
• Altif. 2 = altifalante de médios de 8Ω
  
• Altif. 3 = altifalante de agudos de 8Ω
  
• S1 = interruptor de alavanca
  
• 4 blocos de dois terminais