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PROJETO – Um atenuador (L-pad) para amplificadores valvulados de guitarra


Figura 1 – Amplificador para o qual foi projetado o atenuador.

Figura 1 – Amplificador para o qual foi projetado o atenuador.

Certa vez, um guitarrista tinha comprado um amplificador valvulado (figura 1), para utilizar no apartamento onde morava. Logo ele notou que o amplificador ficava com um timbre muito sem graça quando o volume era baixinho. Para ficar com um som “gordo”, consistente, tinha que aumentar o volume. Mas só ele gostava, pois a vizinhança tinha algum problema com música…

Ele me pediu, então, um modo de fazer com que o amplificador trabalhasse a plena potência (ou perto disso), mas com o som dos alto-falantes num nível aceitável para os vizinhos.

O que fazer?

O efeito que ele descobriu é característico dos amplificadores a válvulas: a distorção que elas geram trabalhando em alta potência é fascinante. Ainda mais num amplificador VOX AC30/6 TB, a mesma marca utilizada pelos Beatles…

Ouça, por exemplo, “I Fell Fine”, em versão com o sustain da guitarra um pouco mais prolongado no começo da música – referência [1]. Mas ouça em boas caixas, para perceber os graves.

Voltando ao solo, digo, chão, encontramos a solução: consumir a potência das válvulas numa carga fantasma, que gere apenas calor, e derivar uma parte desta energia para ouvi-la nos alto-falantes.

O VOX AC-30 utiliza dois woofers Celestion de 12″, modelo G12M, de 8 ohm, ligados em série, perfazendo 16 ohm de carga. Aliás, a ligação em série de alto-falantes para amplificadores valvulados melhora muito a sonoridade, pois a saída deles é de alta impedância (por isto necessitam transformador de saída).

Figura 2 – Saída interna para os alto-falantes.

Figura 2 – Saída interna para os alto-falantes.

A marca VOX é muito renomada, e por total merecimento. Os detalhes construtivos do equipamento foram pensados para o uso prolongado na estrada.

Por exemplo, a ligação dos alto-falantes é feita com um plugue de 1/4″ (mais conhecido como plugão ou P-10), ligado por um cabo curto no chassis, como se pode ver na figura 2. Isto permite alterar as configurações rapidamente, caso os falantes parem de funcionar, por exemplo.

E facilita o nosso lado, pois para resolver o problema do guitarrista é preciso intercalar um atenuador entre a saída do amplificador e os alto-falantes. Os caras da VOX sabem disso…

O projeto

Como a impedância dos Celestion carrega o amplificador com 16 ohm, é este valor que deverá ser utilizado para calcular a rede de atenuação.

Além disso, o guitarrista pediu dois níveis de redução. Montei um circuito provisório, calibrado em decibéis e pedi para ele testar. Pelas informações recebidas dele, eram necessárias atenuações de -10 e de -20 dB.

Uma diferença de -10 dB significa, auditivamente, a metade do valor anterior. Mas, eletricamente, é 10 vezes menos potência elétrica. Se ele tem 30 W num lado, depois do atenuador sairá 3 W.

Atenuando -10 dB novamente, a potência ouvida nos alto-falantes será de 0,3 W. E o amplificador torrando as válvulas a 30 W… Nas referências [2] e [3] há links que explicam melhor o decibel.

A única coisa que o atenuador não faz é comportar-se como os alto-falantes, que apresentam uma carga complexa e afetam o controle que o amplificador deve exercer sobre eles.

Mas copiar uma carga reativa utilizando componentes eletrônicos, tentando imitar todas as características dos alto-falantes, tornaria o cálculo dos componentes igual a descascar um abacaxi com as mãos e encareceria mais ainda o projeto, além de oferecer um resultado final duvidoso. Sem falar que todos os amplificadores trabalham melhor com cargas resistivas.

Os testes que o guitarrista fez foram plenamente satisfatórios a ele, então ficamos somente com a rede de atenuação resistiva, ou seja, dois atenuadores de -10 dB cascateados, com uma chave para escolher qual o nível de atenuação.

Uma outra opção, de incluir uma segunda chave, para ligar e desligar o atenuador, a famosa função bypass, deixou para ser feita em outro momento.

Os cálculos

Para uma queda de -10 dB, num circuito com impedância de 16 ohm, os cálculos realizados nos links [3] ou [4] das referências determinam os valores da figura 3.

Foram montados no projeto dois circuitos em cascata, com valores idênticos (mas de potências muito diferentes). Uma chave escolhe entre a saída -10 dB ou -20 dB.

Além disso, considerando a potência total do VOX AC-30 (30 W), necessitamos dissipar, no primeiro atenuador, 20,51 W em R1 e 6,49 W em R2, este último em paralelo com o alto-falante.

Figura 3 – Esquema do atenuador de -10 dB. Os valores de potência são adequados para trabalhar até 30 W. Fonte: Diy Audio and Video [4].

Figura 3 – Esquema do atenuador de -10 dB. Os valores de potência são adequados para trabalhar até 30 W. Fonte: Diy Audio and Video [4].

Fig4-Atenuador-10-20dB

Como os valores necessários para o atenuador não são comerciais, na placa aparecem vários resistores, que foram associados para ajudar a corrigir o valor de cada um deles.

O chavão “cada caso é um caso” aplica-se perfeitamente a esta situação. Não tem porque publicar o projeto da placa de circuito impresso, pois ela foi feita com os resistores que eu dispunha na época. Por exemplo, no lugar de um resistor de 7,5 ohm, 10 W, tive que me contentar com um de 5 ohm e ajustar o projeto para chegar ao valor desejado. E assim foi com os outros valores.

O que foi definido como regra para o desenho da placa é que cada resistor deveria ficar o mais longe possível dos outros e ter a área de solda mais ampla praticável, porque a camada de cobre da placa é boa condutora de calor e ajuda a dissipá-lo.

Também por causa do provável aquecimento, o projeto utilizou, obrigatoriamente, uma placa de circuito impresso em fibra de vidro. É uma placa mais difícil de trabalhar, pois a furação não pode ser feita com perfurador, somente com furadeira. E ainda tem que escarear os furos para evitar as rebarbas perfurantes.

Mas este tipo de placa tem muitas vantagens, como resistência ao calor extremo (não pega fogo), a boa aparência e a translucidez da placa, que permite ver o circuito impresso pelo outro lado.. As duas faces da placa aparecem nas figuras 5 e 6.

Figura 5 – Lado dos componentes da PCI.

Figura 5 – Lado dos componentes da PCI.

Figura 6 – Lado cobreado da PCI.

Figura 6 – Lado cobreado da PCI.

A montagem

Para quem compra um amplificador VOX, poderíamos chamar de heresia querer montar um circuito com componentes de baixa qualidade. Mais ou menos como comprar uma Ferrari e ficar colocando gasolina comum “para economizar”. Felizmente, não foi este o caso.

Então, autorizados pelo cliente, fomos buscar componentes eletrônicos confiáveis, que permitissem fazer uma montagem durável, limpa e eficiente. Para levar a cabo esta tarefa, foi escolhido comprar tudo no Farnell [6], um fornecedor de componentes eletrônicos reconhecido pela qualidade de seus produtos.

O primeiro item foi o gabinete, tinha que ser robusto e de alumínio. Principalmente porque é necessária grande dissipação de calor (30 W, aproximadamente) e a caixa tem que ajudar nisto. Foi escolhido o modelo da série 1455 da Hammond, que superou as expectativas quando o recebemos. Acabamento primoroso, pés de silicone autoadesivos, rebaixos para os parafusos, guias para o circuito impresso, etc.

Não é fácil de encontrar um produto destes no Brasil, mas se olhamos friamente, qualquer fabricante minimamente comprometido com seus clientes faria um produto assim. Talvez o problema seja o custo final, pois quantos aceitariam pagar o valor justo (que fosse mesmo justo)?

Depois, os resistores. Para R1, no primeiro atenuador, responsável pela maior parcela de calor do circuito, foi escolhido um resistor da série RH, da Vishay Dale, que casou perfeitamente com o gabinete. Este resistor tem acoplado a ele um dissipador.

Na figura 7, pode-se ver que a placa de circuito impresso, quando inserida na guia, deixa o resistor encostado na chapa externa da caixa, transferindo o calor da peça diretamente para o meio externo.

Depois vem um resistor de 5 ohm e 10 W, também da Vishay, que junto com outros resistores forma o atenuador inicial de -10 dB.

Para os resistores de menor potência, a qualidade dos componentes nacionais é muito boa e eles foram escolhidos para ajuste dos valores calculados.

Figura 7 – Proximidade entre o resistor Vishay e uma das faces do gabinete. Notar que a placa desliza em guias.

Figura 7 – Proximidade entre o resistor Vishay e uma das faces do gabinete. Notar que a placa desliza em guias.

Figura 8 – Detalhe da chave Apem, já conectada à placa.

Figura 8 – Detalhe da chave Apem, já conectada à placa.

A chave tinha que ser um modelo de dois pólos, duas posições, de excelente qualidade e baixa resistência de contato. Tínhamos em estoque uma chave nacional, de 30 A, mas que apresentava uma resistência muito variável entre os contatos, a cada acionamento.

Quando uma chave trabalha em baixa impedância, onde os dois pólos são utilizados em série com os alto-falantes, isto é inadmissível. Assim, foi escolhido um modelo da Apem, que proporcionou os resultados esperados. Para ligar esta chave, foram utilizados conectores de encaixe robustos (Figura 8).

Figura 9 – Detalhe do plugue P-10 Neutrik e do cabo PP.

Figura 9 – Detalhe do plugue P-10 Neutrik e do cabo PP.

Figura 10 – Detalhe dos jaques de conexão.

Figura 10 – Detalhe dos jaques de conexão.

Figura 11 – Montagem interna.

Figura 11 – Montagem interna.

Figura 12 – Vista traseira, antes do fechamento.

Figura 12 – Vista traseira, antes do fechamento.

Figura 13 – Vista frontal, aparelho pronto.

Figura 13 – Vista frontal, aparelho pronto.

Para aumentar a confiabilidade e a durabilidade do pequeno aparelho, optou-se por fazer as ligações externas somente com conectores. Assim, se um cabo de ligação partir, por exemplo, será mais fácil trocá-lo, evitando abrir o gabinete sem necessidade. Por isto, há dois jaques J-10 (1/4″), um para a entrada e outro para a saída do sinal.

E os conectores, quais utilizar? A função de um plugue ou tomada é aceitar, por muitos anos, inserções e remoções, inclusive de forma abusiva. E mesmo assim, manter a conexão funcional. Foram utilizados plugues e tomadas Neutrik, suíços, de 1/4″, de qualidade inquestionável.

Para substituir a fiação original dos alto-falantes – pois houve a necessidade de aumentar o seu comprimento – e construir o cabo que liga o atenuador ao amplificador, foi utilizado cabo PP com a mesma bitola do original. Na figura 9 aparece o cabo e o plugue. Na figura 10, aparecem os jaques Neutrik já montados.

Todo o circuito coube folgadamente na caixa metálica, como se pode ver nas figuras 11 e 12. Na figura 13 é exibida a aparência final do produto. Após a montagem, foram coladas etiquetas identificadoras das conexões e das funções da chave.

Referências

[1] Beatles – I Fell Fine – http://www.youtube.com/watch?v=iXU5hzgxpUY ou

http://www.youtube.com/watch?v=EWLJegqXIgM

[2] Qsl – Teoria sobre o decibel

http://www.qsl.net/py4zbz/teoria/odb.htm

[3] UFPE – Aula sobre o decibel

http://www.cin.ufpe.br/~es238/arquivos/aulas/aula14_decibel.pdf

[4] Diy Audio and Video – Calculadora L-Pad

http://www.diyaudioandvideo.com/Calculator/LPad/

[5] Basic Car Audio Electronics – Calculadora L-Pad

http://www.bcae1.com/lpad.htm

[6] Farnell – Distribuidor de componentes eletrônicos

http://www.farnellnewark.com.br/

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