Doppel Dynamisch ou amplificador com controle dos harmônicos ímpares.
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Primeira parte.
Antes de tudo vamos colocá-lo a par da natureza do som gerado e as propriedades dos amplificadores.
O amplificador de som é um aparelho eletrônico destinado a amplificar em tensão e potência s débeis sinais oriundos de gravações ou captados por outros sistemas detectores tais com o radio, o microfone etc. Nada mais do que isso.
Para tal é necessário que o mesmo não introduza variações sobre a natureza do sinal original que serão caracterizados como distorções.
Supondo-se que o amplificador em questão esteja devidamente polarizado, e já possua ampla resposta de freqüências, ele ainda estará sujeito a dois defeitos, um deles é a distorção harmônica e a outra a distorção por intermodulação. A primeira discutiremos depois, mas a distorção por intermodulação é simples de compreender. Toda a freqüência mais baixa, tende a modular a mais alta naturalmente, pelo fato de serem freqüências de natureza elétrica. É assim que funciona o rádio e a televisão. Mas não deve ser assim em áudio, Uma forma de evitar-se este fenômeno, é utilizar dois ou três amplificadores separados, cada um trabalhando numa faixa restrita de freqüências, evitando assim o acavalamento das freqüências no mesmo canal.
O amplificador eletrônico de som é ainda suscetível de vários outros problemas que podem afetar a natureza original do som, uma delas é o ruído térmico ou o ruído elétrico de um simples resistor, e existem vários em um circuito eletrônico, produzindo ruído de passagem da corrente elétrica, os contactos também produzem ruído, os semicondutores possuem o ruído da transferência de sinal e as válvulas possuem os ruídos termiônicos. Além disto tudo, a corrente alternada também produz zumbido de fundo, quer seja pela falta de filtragem na fonte ou pela própria indução de corrente, uma vez que qualquer circuito em funcionamento é também um elemento magnético em atividade.
De uma forma ou de outra estes probleminhas estarão sempre presentes em qualquer amplificador que seja. O importante, porém é minimizá-los a ponto de se tornarem imperceptíveis para que não causem alteração ou dano ao sinal que ouviremos.
Antes de iniciarmos uma série de explicações, vamos aclarar que apesar dos triodos terem suas incontestáveis vantagens, este capítulo destina-se a demonstrar os avanços realizados com pentodos de saída e suas primas as válvulas tetrodo de feixe dirigido.
Vamos agora à distorção harmônica. O próprio nome já diz é a distorção da harmonia original.
O amplificador de som é destinado para a amplificação do som que nos ouvimos, ou sentimos, este detalhe é importante, pois senão deixa de ser alta fidelidade ou high end, isto está compreendido na gama de sons corriqueiros que compreende a voz humana, e dos animais, e os instrumentos musicais.
Veja que o ouvido humano pode destingir as mesmas palavras quando faladas por fulano A ou fulano B. e também a mesma nota musical que provem de uma flauta doce ou de uma gaita de fole. Por quê? Simplesmente pela razão que os sons são constituídos de uma onda de freqüência fundamental com vários harmônicos (múltiplos da freqüência fundamental) e estes possuem diferentes relações de grandeza para com a fundamental de acordo com o instrumento de origem, alem de possuírem decaimento variável ao longo do tempo de permanência no espaço audível.
Estas duas peculiaridades, ou sejam a relação entre harmônicos e a fundamental e a duração e proporção dos decaimementos caracterizam o timbre da nota e o timbre da voz. Note-se que o decaimento (fading em inglês) ou desvanecimento é também irmão do ataque que é a forma súbita ou branda de se formar a fundamental. Assim por exemplo, quatro elementos de cordas proporcionam ataques diferentes: o piano é súbito, o violão é menos súbito, a harpa menos ainda e o violino e o violoncelo são suaves. Os dois últimos de natureza praticamente igual, tem seu som diferenciado pela relação de harmônicos entre si. Isto tudo, caracteriza o TIMBRE.
Daqui por diante diremos que cada som é constituído por harmônicos FORMATADOS que darão o TIMBRE musical.
Vamos aqui dar uma pincelada eletrônica no que vem a ser um sintetizador.
É um instrumento eletrônico que reproduz as fundamentais em vários formatos de decaimento a partir do ataque forte ao suave, com vários níveis de ataque e duração. E reproduz as freqüências harmônicas (normalmente até a 5ª) nos vários níveis de proporção pré-estabelecidos segundo o instrumento que se queira simular.
A distorção harmônica no amplificador eletrônico não passa de uma variação de timbre e pode até passar despercebida ou até ser mais agradável que o som original. Aqui entra a subjetividade da coisa, por isto uma EL34 soa diferentemente de uma KT66. As válvulas com os transformadores de saída, formam um complexo circuito LC com geração de energia que aliados à transcondutância e o nível de corrente produzem diversas formas de magnetismo, resultando em timbres diferenciados. Desta forma os triodos possuindo menor resistência interna, amortecem melhor e evitam ressonâncias de circuito, porém os transistores que possuem resistência interna menor ainda, amortecem demais e eliminam grande parte dos harmônicos perdendo a vida do som.
No instrumento musical, justam-se as notas (afinam-se) conforme um padrão pré-estabelecido. Todavia o violino A não terá exatamente o som do violino B. e assim por diante. Quando o instrumento não está afinado ele está dissonante. Mas isto não ocorre no amplificador porque ele só reproduz, porém quando não tem capacidade de aproximar-se ao máximo do som original nos teremos distorção de outras origens e veremos isto a seguir ao estudarmos os gráficos da formação das ondas nos estágios de amplificação.
Conforme já vimos anteriormente, temos configurações em SE (single ended ou etapa simples) e PP (push pull ou etapa simétrica). Conforme v. sabe, a segunda dá menos distorção harmônica que a primeira, -E o que dizem-. Isto é devido ao fato que ao medirmos a distorção com o medidor específico, leremos um menor índice de distorção. Apenas por isto, porque na verdade a etapa PP anula os harmônicos pares que se tornam ausentes no som produzido pelo PP. O segundo harmônico, (quase) inexistente no PP é o responsável pelo corpo e sensibilidade do ouvido médio, por isto amplificadores SE de 4W soam parecer como amplificadores PP de 15 ou 20W. O segundo harmônico agride o ouvido médio de forma mais contundente que a fundamental, daí a impressão de volume. Por outro lado, se este não for bem controlado, será a principal fonte de desagrado na audição do som. Devidamente preparado, tornará a audição reproduzida mais agradável que a fonte original.
Mostramos abaixo a evolução do estágio de saída simples (single ended) para o projeto totem, também chamado de SRPP.
E como se configuram para o PP que mais conhecemos.
Agora vamos ver abaixo a evolução do estágio de saída simples (single ended) com realimentação via catodo nos triodos e nos pentodos em ligação convencional ou U-L. Estendemos a apresentação para as versões em PP.
Configuração próxima ao “Triodo ideal” com utilização de pentodos ou válvulas de feixe dirigido.
Gráfico da formação de um som. (onda sonora)
Na figura acima vemos a combinação de um sinal fundamental com seus harmônicos. Aqui representamos apenas ao fundamental (verde) o segundo harmônico (vermelho) e o terceiro harmônico (azul) por motivos de simplificação.
Logo em seguida os três elementos em separado.
A Fundamental (freqüência original)
O Segundo harmônico (o dobro da freqüência)
O Terceiro harmônico (o triplo da freqüência)
Os demais harmônicos não são representados apenas por simpificação.
Vamos aqui observar como ocorrem as distorções em função das polarizações de grade/catodo.
No Anexo B teremos uma outra aproximação gráfica que o poderá ajudar a compreender como ocorrens as deformecoes numa onda sonora complexa (fudamental+ harmônicos)
O gráfico acima demonstra a formação da reprodução com amplificação na zona linear da válvula eletrônica.
A curva de transferência dinâmica é uma característica de cada válvula a cada tensão de placa quando se variam as tensões de grade.
Abaixo um gráfico de um triodo da 12AU7 com as diversas tensões de placa.
O eixo horizontal representa a variação das tensões em grade de sinal para o eixo vertical de variação de corrente de placa. As curvas inclinadas são as características da válvula para as diversas tensões de alimentação de placa.
O gráfico acima bem demonstra uma amplificação perfeita realizada na região linear da curva de transferência dinâmica.
Neste gráfico vemos o deslocamento do ponto de excitação para fora da região linear causando uma distroção bem acentuada apenas numa banda da onda devido à saturação da grade por invadir a região não linear.
Aqui o ponto de operação situa-se totalmente na região não linear o que fornece uma “clippagem” ou corte do sinal nas duas bandas.
Voltando à amplificação perfeita, vemos que três casos podem ocorrer: de baixa, média ou alta amplificação.
Em todos os casos, temos sempre uma limitação: No primeiro a amplificação é insuficiente, no segundo, temos um limite do máximo e no terceiro corremos o risco da saturação. O que fazer?
Voltando ao quadro de figuras anteriores colocamos no gráfico “1” da figura acima as curvas T1 e T2 correspondentes respectivmente a etapa de alta amplificação e a de baixa amplificação. Em “2” vemos a curva “AB” resultante do somatório de ambas. Esta resultante corresponde á uma expansão de resposta que nos é muito bem aceita.
O diagrama das duas válvulas ligadas em paralelo nos enrolamentos paralelos do primário do transformador de saída passa a apresentar a resposta expandida que nos interessa. De sinais débeis e sinais mais fortes sem distorções acentuadas.
A válvula de alta amplificação é também conecida como Alto “mu” e a de baixa como baixo “mu” o nome “mu” provém de “mutual amplification”
A apresentação de todos estes conceitos junto com os levantamentos do anexo A tem por sentido colocá-lo a par do novo conceito que decisivamente cusou o renascimento das válvulas nos equipamentos “High End”.
Características permanentes no comportamento dos pentodos de saída.
No Anexo A, transcrevemos toda a série de gráficos obtidos a partir da válvula 6L6. Estes valores foram realizados e divulgados em 1936 pela Ken-Rad que era uma divisão comercial da GE. Nossa intenção é fazê-lo entender o princípio básico do funcionamento de uma válvula pentodo (ou pentodo de feixe dirigido) na etapa de saída, para que V. tenha uma boa teoria do sua operação quando empregá-la no circuito “super-triodo”, “triodo ideal”, “super-ultra–linear”,”LM3” ou tetrodos com carga dividida entre anodo, grade auxiliar e catodo” .
As origens do Doppel Dynamische VerstÄrker.
(Amplificador de Dinâmica Dupla)
Toda esta demonstração que incluem os gráficos e as explicações até aqui dadas servem para que V. tenha uma base real do comportamento das ondas acústicas reproduzidas.
Consequentemente, tendo lido o que explicamos até agora e tendo visualisado nossos anexos B e A, v. já entendeu e sabe que e porque um amplificador tipo “dual” ou “three way” soará completamente diferente de um canal monofônico, assim como também soará diferente o mesmo sinal se reproduzido por dois amplificadores “full range” ao mesmo tempo, mesmo que os amplificadores sejam exatamente iguais.
Vamos agora apresentar dois amplificadores do tipo “dual” um modelo da Willkason e outro projeto publicado na revista Radio Electronics lá pelos idos de 1956. Este último efetivamente montado por mim por volta de 1980 com mínimas modificações: foram elas, a eliminação da 6SL7, pois que a mesmo trabalharia com pré-amplificador. No canal de agudos substitui as duas 6SJ7 por uma 6BL8/ECF80 e as 6L6 apenas do canal de agudos substituídas por EL84.
O bom conhecimento e interpretação dos detalhes do modestíssimo Wilkason vão lehe abrir as luzes para a nossa futura abordagem no Audiopax; um importante amplificador de produção nacional.
A experiência é fantástica e aqui v. consegue o perfeito equilíbrio tonal de qualquer gravação. O canal de graves foi ligado à caixa Olson modificada que demonstrei em http://www.novacon.com.br/audiobhorn2b.htm e o canal de agudos à uma AR1 que apresentei em http://www.novacon.com.br/audioarenc1.htm esta com tweeter Bravox e simples capacitor divisor. O conjunto compunha um estéreo com um amplificador Phillips modificado para 6550 e todos os transformadores de saída e força eram os gigantescos Woden à exceção do de agudos que era um EASA para 6L6. e a outra caixa era uma Patrician exibida em http://www.novacon.com.br/audiopat8001.htm.
Mas o que é o Doppel Dynamisch??
Você já entendeu que o amplificador SE produz harmônicos pares e que o PP não produz harmônicos pares.
Você já viu que o PP produz harmônicos impares com maior intensidade que o SE.
Os Alemães no final da década de 50 e durante a primeira metade dos anos 60 foram mestres em produzir rádios e combinados com circuito SE e também em PP, entre eles a Saba, a Nordmende, a Telefunken, a Telewatt. A Grundig, a Perpetuum Ebner e outros... trouxeram ao mercado SEs que competiam com os PP de outros países, mas também não deixaram de produzir excepcionais PP para grandes salões. A Telefunken chegou até a produzir um modelo com três canais.
Imaginemos agora amplificadores “dual” de características diferentes (ou diferenciadas), para reprodução monofônica.
Ao invés de excitarmos gabinetes acústicos separados, vamos excitar um só com as saídas dos amplificadores em série. Eis o Doppel Dynamische Verstärcker. Usado em um modelo combinado de radio e toca discos de 1958 da Telefunken. Onde os controles de tonalidade eram substituídos pelo controle de timbre.
Colocando-se transformadores de saída em série e podendo controlar o nível de saída de cada um bem como as fases relativas de cada um dos amplificadores, poderemos até conseguir a eliminação da fundamental e somente ouvirmos os harmônicos ou vice versa reforçar os harmônicos impares ou os pares criando os mais variados timbres e efeitos que poderíamos obter. De uma forma mais primária o sr. Diezel usa dois estágios de saída em contrafase seriados para efeitos musicais em guitarras. Veja em http://www.novacon.com.br/audioamprand.htm
Logo abaixo temos um protótipo experimental desta proposta.
O sistema exige operação com alto-falantes de baixa impedância, assim como os transformadores de saída devem ter baixa impedância e reatância no secundário para evitar sons espúreos. Por razões óbvias não se permite realimentação negativa a partir do secundário de pelo menos um dos transformadores.
Se V. estranhar a ligação em série dos bobinados dos transformadores de saída, saiba que esta prática sempre foi utilizada para aumento de potência no estágio final.
Antes de apresentarmos circuitos dos amplificadores “dual”, vamos mostrar um trecho do boletim da Telefunken de 1961 quando foi lançada a válvula e o circuito que mais me impressionou em termos de resultado auditivo. Isto é, considerando; O Tamanho, a Economia, a Potência consumida, o Nível acústico de saída e a Qualidade final apresentada. A válvula é a ECL86 que reúne numa só ampola uma 6BQ5 e uma metade de uma 12AX7. Usada num circuito modificado com transformador de saída de 7K ohms de impedância primária, polarização por escape de grade, com resistor de grade de 10M ohms e catodo à massa e realimentação interna. Otimização do som para alto-falante de 8 ½ polegadas. Isophon com ímã de FerroBa.
Diagrama para etapa de saída com ECL86
Resposta de freqüência medida na saída com o potenciômetro de volume em diversas posições: 1/50, 1/10, 1/5, e 1/1 do volume máximo. (observe a compensação automática da curva de Fletcher –Munson).
Veja em http://en.wikipedia.org/wiki/Fletcher%E2%80%93Munson_curves
Dados do transformador de saída empregado
Núcleo EI 84 gap de 0.16mm ferro Dynamoblech IV*
Enrolamento primário 3x 1360 espiras de fio de cobre esmaltado 0.2 conectados em série
Enrolamento secundário 2x98 espiras de fio de cobre esmaltado 0.65 conectados em paralelo.
Os enrolamentos devem ser alternados.
Diagrama da disposição dos Enrolamentos e Ligações no carretel.
(vermelho=primário...cinza=secundário)
*Dynamoblech IV
(Kornorientierung Bleche) = Laminado de grão orientado.
Dimensões: 68x58x40
Tensão de excitação nos terminais do alto-falante versus freqüência.
Quadro 2: (com realimentação negativa) Quadro3: (sem realimentação negativa)
(Gerador com 330K Ohms e 100K Ohms de resistência interna)
Medidas de distorção
Medidas realizadas com potenciômetro de volume no máximo (oben), até o valor de 3.5W de saída, e meio volume (mitte) tomados pelo secundário do transformador de saída.
Figura 4 acoplamento de gerador com 330K ohm de impedância interna e sinal de 430mV 1kHz modulado com 90Hz a 4.6%. (realimentação negativa total)
Figura 5 acoplamento de gerador com 100K ohm de impedância interna e sinal de 135mV 1kHz modulado com 90Hz a 6%. (sem realimentação negativa)
O que dizer? Este amplificador realmente mede distorções elevadas logo não serviria para o High-End . mas ai esta o intrigante: A distorção é agradável; é portanto útil.
Agora os amplificadores “dual”.
Dois tipos: O Willkason que era vendido em Kits e o Frank Barkey anteriormente descrito.
Um para reproduzir os graves e o outro para reproduzir os agudos. Nada de anormal. O fato é bem notável no amplificador da Willkason pois amplificadores idênticos são propositalmente diferentes. Assim por exemplo temos a polarização de catodo das válvulas de saída e seus desacoplamentos diferenciados bem como os transformadores de saída.
Isto é para favorecer os timbres induviduais.
Característica do WK4035(agudos) Primário: 3.2R ; Secundário: 7000 Ohms ; Dimensões: 62x53x88x39.
Característica do WK4034(graves) Primário: 3.2R ; Secundário: 5000 Ohms ; Dimensões: 62x53x88x39.
Resistor e Capacitor de catodo EL 84 (agudos) 220 Ohms /25 microfarads
Resistor e Capacitor de catodo EL 84 (graves) 140 Ohms /100 microfarads
O projeto está correto: O maior resistor de catodo provê maior resistência interna da válvula então esta usa o transformador de saída de mais alta impedância, como este canal só trabalha com freqüências mais altas, o capacitor de desacoplamento no catodo não precisa ser de valor muito elevado.
O vice versa é valido para o canal de graves, com mais um detalhe, o resistor de menor valor favorece tensões mais altas em relação à grade de sinal catodo proporcionando saída mais elevada, necessária para os graves.
Esta é a filosofia dos “dual”.
Amplificador Willkason Dual WAF-61.
A Willkason também fez este pré para o circuito acima. Equalização NAB(NARTB), AES, RIAA e LP.
Frank Barkey “Dual 20” Amplificador de alto nível. Revista Antenna, Janeiro 1962
R38 ENTRE 6 E 20X O VALOR DE R27
Como é sempre interessante saber, vamos aqui apresentar duas etapas de saída utilizadas em rádios da “Rigonda” fabricados na Lituânia. Estes modelos não aparecem por aqui, mas são frutos de uma apuradíssima pesquisa sobre som, que nos tem passado despercebida.
Ambos são variações do tipo “dual” e com muita tecnologia de reprodução.
Na figura 13 temos um raríssimo caso de amplificador “dual” com apenas um amplificador eletrônico que fornece saída para dois transformadores otimizados em duas bandas do espectro audível.
O transformador de agudos não recebe corrente contínua, pois é isolado por um capacitor de 4700pF, mas fornece realimentação negativa de agudos através de seu secundário por meio de um capacitor de 1500pF.
O canal de graves possui um transformador de saída muitíssimo especial. Pelo enrolamento I ele fornece o sinal de baixas freqüências. Pelo enrolamento II ele fornece um contra sinal de zumbido de rede para anular qualquer ruído de fundo que possa ser gerado pela fonte, o que confere seguramente uma resposta de graves na faixa dos 50/60Hz absolutamente limpa. Pelo enrolamento III ele torna-se ultra-linear realimentando a screen isento de ressonâncias devido ao capacitor de 2200pF em seu primário. E ao mesmo tempo como ultra-linear permite que a grade trabalhe a uma tensão diferenciada menor que a placa, respectivamente 250 e 280Volts, o que é impossível nos U-L comuns. O enrolamento IV excita diretamente os dois Woofers. 6J1P e 6P14P correspondem à EF86 e EL84 respectivamente.
A figura 14 é um caso de dual com dois amplificadores em que o canal de graves corta em apenas 150Hz e o outro canal cuida dos médios de dos agudos. O conjunto pertence a um rádio de mesa e os dois woofers são de apenas 5 ½ polegadas, mais um squawker de 1 ½ polegada e dois full range de 3 ½ polegadas e finalmente mais dois tweeters de apenas 3/8 de polegada totalizando sete altofalantes.
Ao analisarmos o circuito veremos um caso pouco usual de realimentação negativa proveniente do canal de graves (o superior) que injeta através do capacitor .1uF e o resistor de 1.5 Ohms, proveniente da inversão de fase na saída do transformador superior, o sinal de graves no amplificador de médios e agudos, visando eliminar deste todas as freqüências abaixo dos 150Hz. A 6N2P é próxima da 12AX7 e a 6P14P é a EL84.
Poderemos verificar que tais tipos de circuito têm sua origem. Abaixo transcrevemos parte do artigo de
Paul Klipisch Electronics novembro de 1948 mostrando a apologia da alta qualidade e baixa distorção.
Ref: Radiotron Designer’s Handbook 1953.
Finalmente o nosso Doppel Dynamisch:
Protótipo experimental Doppel Dynamische Verstärcker.
O DDV é constituído por um par de amplificadores full range de timbres diferenciados e ligados em série conforme o desenho seguinte. Um dos amplificadores tem controle de intensidade (influência) sobre o outro e o controle de fase de sinal. As duas etapas de saída são projetadas para manterem as fases de saída o mais próximo possível. O efeito é mais pronunciado na faixa dos 200 aos 8000 Hertz.
Abaixo o diagrama de ligações dos alto falantes para um ou dois falantes de 8 Ohms.
Depois disto tudo, vamos para algo bem interessante o Áudiopax e o timbrelock
Em http://www.cpdee.ufmg.br/~semea/anais/artigos/EduardoLima.pdf
Segunda Parte>>>>>>>
