O ETERNO DEBATE

INTRODUÇÃO

Como engenheiro e instalador de som, fiquei diretamente envolvido com o som de válvulas e o som de transistor para reprodução de gravações populares. As diferenças eram mais marcantes nos aparelhos reprodutores domésticos de estado sólido. Lembro até nunca ter ouvido nada pior que um famoso Leak transistorizado em duas caixas imaginem! Wharfedale! Tudo novinho em folha.Não havia vida no som.

Experimentamos uma vez uma gravação direta de um conjunto amador em um gravador portátil tipo Ampex e o resultado ficou excelente! A primeira gravação ao vivo que fiz, lembro que foi feita em 1967 por ocasião do Festival da Canção no Maracanãzinho. Naquela época tinha um amigo que era engenheiro de vídeo tape na antiga TV Tupi e utilizei o sinal de áudio que era enviado ao estúdio diretamente by-passado no meu RCA New Orthophonic a 7½ips (mono); - simplesmente fantástico! Quando reproduzi em casa, não conseguia notar diferença do original presenciado! Isto me levou a então conhecer o que é, isto é, ser apresentado a ilustre desconhecida Psicoacústica.

PSICOACÚSTICA

Este foi o meu ponto de partida para diferenciar a válvula do transistor. Intuitivamente passei a ser fã incondicional do artefato termo-iônico, mas ainda procurei achar algo realmente o substituísse. Naquela época era ainda indiferente à polêmica válvula/transistor.

É um problema complexo realmente indescritível, mas que é sensível através da observação e da investigação, que demora muito tempo, talvez alguns anos. Não há um consenso de quais as diferenças sob a forma de simples definições, mas sabe-se que elas existem. Existem fatos e mitos; cada um deve descobri-los.

Os fabricantes dizem que não há diferença ou a diferença é marginal inclusive chegam a comparar os novos MOSFET com as válvulas; mostram varias curvas e parâmetros provando o impossível. O fato é que há muitas diferenças. Se não houvesse, não seriam necessárias as comparações. 

Psicoacústicamente falando, os músicos são mais objetivos que os engenheiros. E bem mais sérios que os comerciantes. Os resultados são dados “pelo ouvido” não por aparelhos eletrônicos. Na verdade é o que v. ouve. V. não vê o som.

As válvulas soam sem ter um grave “seco”; vão um oitava abaixo, não sibilam nos agudos e são mais inteligíveis quando o som é tocado em baixo nível. Tudo isto dizem os músicos por isto sempre desejam amplificadores de válvula em guitarras e outros equipamentos. Nas gravações, as válvulas também oferecem um efeito mais espacial os equipamentos de estado sólido confundem a locação dos instrumentos, é como se o alto-falante pulasse até você. O fato interessante é que só iniciei a decisão sobre o som de válvulas por volta de 1974 quando ouvi umas gravações em 78 rotações num Würlizer de 1938 adaptado por um conhecido e logo após uns novos LP (já digitais) no mesmo equipamento. Incompreensível qualidade; ainda mais para 1938! (2A3 na saída).

Alguns engenheiros de som relataram após algumas observações de músicos que gravações realizadas com termoiônicos (válvulas) em consoles de três ou quatro trilhas (pistas), posteriormente remasterizadas em equipamentos transistorizados de oito ou dezesseis canais só apresentavam dois canais nitidamente sensíveis ficando os demais “achatados” nestes planos. Este fenômeno eu não notei a principio, mas se tornou evidente com os MP3 e MP4 da vida.

Toda esta introdução foi relatada para apresentar uma visão geral sobre a tecnologia da válvula.

a tecnologia da válvula.

A função básica de qualquer amplificador de áudio é aumentar a corrente, voltagem ou potência de um sinal e entrega-lo ao alto-falante. Hoje existem três tipos básicos de amplificadores o de estado sólido, os de estado termo iônico (com válvulas) e os Híbridos (utilizando válvulas e semicondutores).

Cada uma destas tecnologias possui pros e contras. Apesar de todos se comportarem de maneira similar, a sua topologia difere e ai começa suas dissimilitudes nos resultados sonoros.

Em válvulas utilizam-se a classe A e a classe AB. Na primeira (A), a variação de voltagem na grade produz uma grande variação de voltagem na placa devido à variação de sua resistência interna gerando a potência de áudio que será entregue ao alto falante.

Na segunda (AB), que só pode ser operada em par complementar, ambas amplificarão respectivamente a parte negativa e positiva do sinal dando, portanto significante aumento de eficiência no estágio. Este é o sistema Push-Pull, enquanto o anterior é dito como Single Ended. Por enquanto apenas uma apresentação simples do sistema. Não vamos entrar em considerações detalhadas uma vez que existem centenas de publicações sobre o assunto.

Vou porém chamar atenção para o fato que um amplificador Single Ended possui uma característica assimétrica de transferência e produz harmônicos pares e harmônicos impares. Os circuitos em Push-Pull  de qualquer espécie eliminam os harmônicos pares. Por esta razão, aparentemente no osciloscópio produzem menor distorção que os circuitos de saída simples, mas ao ouvido estes soam incompletos e se mal polarizados podem produzir uma distorção inarmônica oriunda da transferência do sinal no ponto de inflexão da senóide que soa terrivelmente aos ouvidos. Tudo isto fez renascer o sistema Single Ended que além de mais simples é também mais estável, não necessita de pares casados nem sofre de envelhecimento diferenciado, por isso é mais completo e satisfaz ao ouvinte, apesar de bem menos eficiente quanto ao consumo de energia. Afinal algo sempre custa alguma coisa.

Aqui caberá um detalhe de experiência: Por um motivo de literatura, e parâmetros de distorção sempre usei e recomendei saídas em push-pull, afinal sua distorção não é menor? Um dia um colega da faculdade, isto ainda em 1964 quando ainda começava no meio eletrônico, resolveu me demonstrar um novo equipamento Grundig que seu pai havia trazido da Alemanha. Aqueles catálogos alemães sempre muito bem feitos demonstrava uma despretensiosa saída simples com ECL 86. Imediatamente vi que devia ser algo muito limitado, pois qualquer equipamento nacional, americano ou japonês que já conhecia era muito limitado em resposta de áudio. Este equipamento alemão me impressionou. Era muitíssimo melhor que qualquer equipamento que conhecia na categoria e sua resposta rivalizava os Marantz e Fisher! Foi a primeira grande “pulga atrás da orelha”.

Mais um detalhe: Triodos e MOSFETs produzem uma distorção harmônica de espectro monotônico decadente. Quando os harmônicos mais baixos tendem a dominar e mascaram o som dos harmônicos mais altos, os harmônicos pares soam como cordas, o que enriquece o som. Os harmônicos ímpares soam menos agradáveis e a distorção inarmônica é discordante do som original sentindo-se aí uma sobreposição de uma terrível “raspada”, uma “arranhada” ou uma “fritura” junto com o sinal.  

 

Nos últimos anos houve um sensível aumento de novos produtos valvulados que se poderiam dizer, encorajados pelos próprios novos equipamentos da era digital.

 A idéia é ter um equipamento que nos dará prazer por muitos anos. E nada melhor que o equipamento valvulado. Existe certo preconceito devido a estes novos equipamentos com surrounding sound etc. - As válvulas podem fazer isto tudo e mais... Com simplicidade! Com confiabilidade, isto é, muito menor incidência de defeitos. Em nosso Audionica vamos demonstrar tudo passo a passo e a preços convidativos. Vamos colocar nossos construtores na praça! Nossos empresários e fabricantes! Vamos dar emprego ao pessoal! Vamos jogar fora estes Mini System descartáveis!

 

PORQUE UM AMPLIFICADOR TERMOIÔNICO ?

O retorno de amplificadores valvulados não é uma simples onda de nostalgia, mas o reconhecimento do Supremo em tecnologia. As pessoas reconhecem a holografia do palco a suavidade e clareza de resolução da reprodução valvular. Conforme indiquei anteriormente há a satisfação em ouvir, pois apenas nos equipamentos de válvula existe a plenitude da resolução musical em ampla gama de volume.

Na verdade o preconceito da tecnologia obsoleta foi imposta às válvulas para serem vendidos os novos equipamentos de estado sólido – e os comerciantes e fabricantes faturarem mais. Evidentemente que há muitas aplicações onde a válvula é inviável. Quem pensaria num computador à válvula? V. precisaria de no mínimo 350.000 unidades para um processador simples de apenas 1 Giga. Onde você poria isto? E a energia para funcionar? E a energia para refrigerar?

Aí reside a diferença básica entre os sistemas. Sumariamente falando, as válvulas amplificam, os transistores e os circuitos integrados trabalham como chaves.

Veja o cinescópio de sua televisão – é uma válvula, o seu forno de microondas também possui uma válvula geradora de RF. As estações de rádio e de televisão e os radio amadores também transmitem através de válvulas. Os melhores receptores da NASA usam válvulas de guia de onda na sua entrada para receber com firmeza os débeis sinais das naves sonda, para detectar sinais intergalácticos estas são ainda insuperáveis como amplificadores de micro ondas de alto espectro.  De certa forma, as lâmpadas incandescentes também são válvulas primitivas, e também as fluorescentes, As lâmpadas de flash de todas as máquinas fotográficas, os estroboscópios, e aí vai. Na prática, equipamentos de áudio valvulados domésticos só requerem troca de válvulas após 30 anos de uso normal.

TOPOLOGIA E DESEMPENHO

Nas discussões entre válvulas e transistores bipolares argumentou-se a característica da transcondutância quadrática das válvulas contra a transcondutância exponencial dos transistores como um fator importante na diferenciação do som. Isto,contudo não foi comprovado.

Outros argumentam que a topologia dos circuitos é mais importante, mas triodos e MOSFETs têm topologias semelhantes e diferem em seu desempenho, enquanto pentodos e tetrodos se assemelham aos transistores bipolares em suas curvas. Os MOSFETs que diferem dos transistores bipolares em sua configuração de circuito, no entanto soam de maneira bem semelhante.

A característica mais apreciada da válvula é o corte suave quando sobrecarregada. Isto é particularmente interessante na guitarra que sofre constantes sobrecargas. Na verdade isto é audível, mas não é exatamente detectável no osciloscópio como veremos depois. Num excepcional trabalho, O professor Russel Ramm, engenheiro eletrônico, se dedicou a comparar as variações das fundamentais até o 7° harmônico em válvulas, transistores e circuitos integrados publicou um maravilhoso trabalho que a seguir apresentaremos em uma síntese.

Retificação termoiônica versus estado sólido

Alguns amplificadores High end incluem válvulas retificadoras. Por quê?

Simplesmente pontes retificadoras, retificadores simples e fontes chaveadas introduzem ruído audível nos equipamentos através da geração de ruído de alta freqüência que se propaga, mormente pela fiação do equipamento; este fenômeno é devido ao patamar de deflagração de condução dos diodos (mormente o de silício) que não começa a conduzir logo após o “Zero positivo”. Às vezes inclusive altera o desempenho com sobre modulação no sinal de áudio original.  Por outro lado, o aquecimento relativamente lento das válvulas retificadoras protege os eletrolíticos da fonte evitando surto de tensão no ligamento do circuito e mantém estável o circuito de amplificação pondo-o em funcionamento suavemente. (lembra do “Clonk” no alto-falante quando V. liga um transistorizado?- Isto não existe em válvulas). Possuem uma vantagem extra, quando operamos com válvulas de potência com alta capacidade de emissão, as retificadoras termoiônicas evitam a entrada de alta tensão com as válvulas de saída ainda com o catodo frio o que eventualmente os podem danificar. Nos amplificadores de guitarra existe certa permissividade nestas fontes,quanto ao uso de diodos, devido à qualidade da fonte de sinal e às características das válvulas de saída utilizadas.

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No próximo segmento demonstraremos um resumo comparativo entre válvulas, transistores e amplificadores operacionais no que tange aos transientes sobrecarregados (THD 30%) uma vez que aí reside a grande diferença em distorção entre estes componentes uma vez que em termos de operação linear, existe pouca diferença entre eles. Este magnífico e cuidadoso trabalho de Russell O. Hamm merece ser analisado.

VÁLVULAS VERSUS TRANSISTORES PRÓS E CONTRAS

Adaptado do IEEE e de Eric Barbour

Válvulas: Vantagens

  1. Qualidade de áudio superior.
  2. Altamente linear sem necessidade de realimentação negativa especialmente em sinais débeis.
  3. Corte suave, portanto mais musical que os transistores.
  4. Tolerante a grandes sobre cargas e picos de voltagem.
  5. Possui a característica natural de ser independente da temperatura, simplificando os projetos de polarização de grade.
  6. Maior gama dinâmica que circuitos transistorizados circuitos, devido a voltagens de operação bem maiores o que favorece a tolerância a sobrecargas.
  7. Capacitâncias internas variam muito pouco com a variação do sinal (efeito Miller).
  8. Acoplamento capacitivo pode ser feito com capacitores de pequeno valor o que facilita a melhor qualidade dos mesmos devido a inerente alta impedância das válvulas.
  9. Os projetos e a construção tendem a ser mais simples que seus equivalentes transistorizados pela necessidade que possuem em tornar lineares suas características intrinsecamente não lineares.
  10. Operam em Classe A ou Classe AB, o que minimiza a distorção no nódulo de inflexão.
  11. O uso de transformadores de saída protege o alto-falante das componentes de Corrente Contínua quando com defeito que também protegem as válvulas de forças contra-eletro-motrizes geradas pelos alto-falantes que às vezes queimam aparelhos transistorizados.
  12. As válvulas são facilmente substituíveis pelo usuário.

 

Válvulas: Desvantagens

  1. Volumosas e menos adequadas para aparelhos portáteis.
  2. Necessita alta voltagem para operação.
  3. Alto consumo de energia; necessita aquecimento dos filamentos que gera calor e desperdício de energia, o que mais notado em equipamentos de pouca potência.
  4. As válvulas de vidro são frágeis se comparadas aos transistores de metal.
  5. Algumas são mais propensas à microfonia que os transistores exigindo circuitos especiais de bloqueio.
  6. Necessita materiais especiais para emissão de catodo o que limita sua vida útil.
  7. A inerente alta impedância exige transformador para acoplar cargas de baixa impedância. Mas o “travesseiro” magnético do transformador previne as válvulas de queimarem, em contraste com os equipamentos transistorizados. Mesmo em curto as válvulas jamais queimarão.
  8. Preço mais alto que os equivalentes transistorizados de mesma potência.

Transistores: Vantagens

  1. Normalmente preços mais baixos que as válvulas, mormente em uso de pequena potência.
  2. Podem ser combinados aos milhões nos circuitos integrados enquanto as válvulas são limitadas a três elementos por bulbo.
  3. Menor consume de energia, menos desperdício pelo calor, melhor eficiência que as válvulas, mormente em uso de pequena potência.
  4. Podem operar em baixas voltagens com maior segurança em montagens compactas.
  5. Não necessitam de transformadores de casamento em cargas de baixa impedância.
  6. Normalmente possuem mais resistência física que as válvulas (depende da construção).

Transistores: Desvantagens

  1. Tendência a maiores distorções que as válvulas em circuitos equivalentes.
  2. Necessidade de ouvir em níveis mais altos para inteligibilidade o que pode com audição continua levar à surdez irreversível.
  3. Circuitos complexos que requerem altas doses de realimentação negativa para boa reprodução audível.
  4. Corte abrupto da onda musical mesmo com a realimentação, em lugar de uma compressão gradativa nas proximidades do corte.
  5. As capacitâncias do transistor tendem a variar muito quando o sinal é aplicado (efeito Miller).
  6. Variação nas tolerâncias de fabricação em relação aos parâmetros de manual principalmente quanto a ganho e voltagem de disparo.
  7. Apresenta retenção do sinal e demora em resposta complicando o espectro das altas freqüências e os circuitos de realimentação.
  8. Apresenta parâmetros variáveis com a temperatura complicando a polarização de base e o desvio de parâmetros conduzem a um comportamento às vezes imprevisível.
  9. O resfriamento é de menor eficiência que em válvulas porque baixas temperaturas são necessárias para confiabilidade em transistorizados. As válvulas preferem o calor os transistores devem trabalhar frios. Grandes dissipadores são necessários para os transistores de potência apesar de não serem sempre eficientes, pois os transistores queimam assim mesmo. As válvulas vão apenas envelhecendo com o passar dos anos sem produzirem resultados catastróficos levando todo o circuito à queima, caso em muitos transistorizados.
  10. Os MOSFETs de potência possuem altas capacitâncias de entrada que variam coma a voltagem aplicada, complicando o circuito de excitação.
  11. Os circuitos transistorizados usam normalmente circuitos da Classe B em totem, estes, possuem inerente distorção no ponto de inflexão do sinal e exigem altas doses de realimentação negativa. Em sinais constantes de uma só freqüência, ate estes circuitos vão bem, mas não funcionam corretamente em transientes rápidos encontrados na musica clássica.
  12. Os transistores são menos tolerantes a sobrecarga e picos de tensão que as válvulas. Com exceção de sua construção sólida e ausência de filamentos é impossível queimar uma válvula por excesso de voltagem, enquanto a maioria dos transistores pode ser queimada pelo mero aumento de apenas seis volts.
  13. Quase todos os amplificadores de potência transistorizados possuem saídas com acoplamento direto. Isto pode destruir os alto-falantes mesmo com circuitos de proteção ativa nos não raros defeitos catastróficos.
  14. Estes defeitos catastróficos tornam em grande parte das vezes os aparelhos completamente irrecuperáveis por danificarem também a base do circuito impresso onde são montados.
  15. Nos acoplamentos capacitivos os transistores requerem valores elevados de capacitores eletrolíticos, estes proporcionam resultados inferiores nos extremos da gama audível.
  16. Maior tendência de captar interferência de radio freqüência e auto oscilação ao ponto da auto destruição devido à retificação por diodos em baixa voltagem ou efeitos de “afundamento” do sinal.
  17. Manutenção difícil; os componentes não são facilmente substituídos pelo usuário.
  18. Polarização dificultada pelos desvios de temperatura exigindo compensação térmica o que degrada ao desempenho.
  19. Transistores antigos e CIs desaparecem do Mercado em 20 anos apenas tornando os aparelhos irrecuperáveis e sem uso. As válvulas provaram seu bom desempenho e tipos com 60 anos ou mais continuam em uso e produção.
  20. Dificilmente cientifico ou objetivo, mas enquanto os transistores operam numa escala quântica quase invisível, as válvulas operam numa escala humana e intuitiva. Você vê os filamentos acenderem e às vezes sente o brilho do plasma produzindo a transferência de energia. Medições a parte, o que vale é o que V. ouve.

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Aqui estão os porquês em enfocar somente equipamentos de válvulas em nosso

Audionica.

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