Noise & Mess

Olá meus caros.
Por estes dias me deparei com alguns questionamentos vindos de alguns amigos, em relação aos ruídos presentes nos amplificadores e pré-amplificadores valvulados.
Não vou me prender à teoria da EMI e suas causa e efeitos, pois como para a engenharia mecância existe a "Termodinâmica" (e o atrito) para reprovar 90% dos candidatos à Engenheiro, nas engenharias eletro-eletrônicas existe o "Eletromagnetismo" (vulgo Eletromag, para os íntimos como eu, que fiz a dsiciplina duas vezes...) com a mesma finalidade.
Divagações, rancores e brincadeiras à parte, gostaria de esclarecer de forma bem geral alguns tipos de ruídos que nos deparamos no dia-a-dia.

1) Ruído térmico. Um dispositivo termoiônico à vácuo (a válvula eletrônica) precisa de algumas exigências atendidas para que funcione à contento. Uma delas é de que a temperatura de trabalho seja atingida. No instante que alimentamos a válvula, seu filamento começa a se aquecer e a formar no cátodo uma nuvem de elétrons livres que ficam "pairando" sobre o metal do cátodo aquecido, como se fosse um enxame de abelhas se movimentando de forma caótica. No instante que aplicamos um campo elétrico entre o cátodo e o ânodo, tornando-o mais positivo que o cátodo, estabelece-se um fluxo real de elétrons desde o cátodo até o ânodo. A grade no meio do caminho funciona como uma torneira que controla este fluxo. Como o sentido convencional é invertido em relação ao fluxo real, dizemos que a corrente flui do ânodo para o cátodo de menor potencial (geralmente). Neste momento onde o cátodo não está completamente aquecido, formam-se regiões onde aparecem correntes espúrias, como se fossem as correntes de conveção em um líquido aquecido. São elétrons que deixam o cátodo mas não possuem energia suficiente (térmica) para que sejam capturados pelo campo elétrico do ânodo e sejam acelerados ao seu destino final. Isso gera complexos fluxos caóticos dentro do bulbo por alguns instantes até que o regime de trabalho seja atingido e todas as tremperaturas e tensões de trabalho sejam estabilizadas. Neste período, se estamos conectados à equipamentos sensíveis, ou de estado sólido que possuem uma inércia de regime de trabalho infinitamente inferior, pode ser que se tenham alguns ruídos, cliques e chiados momentâneos presentes nos transdutores (caixas e fones).
Para sanar isto temos dois artifícios:
a) Timer de ligamento, onde primeiro aquecemos o filamento para depois liberar a alta-tensão e,
b) Relés de proteção que se acionam com um certo delay (depois de tudo estabilizado) e desacionam instantaneamente, quando o equipamento é desligado, para que não se ouçam as fontes descarregar via resistores de bleeding enquanto a válvula esfria lentamente e ainda se mantém emitindo elétrons). Estes relés de proteção geralmente são ligados na saída dos amplis, antes das caixas ou estágios seguintes, nos casos de prés.

2) Ruído EMI.
EMI não é só a gravadora dos Sex Pistols mas também é "Electromagnetic Interference" em inglês. São ruídos eletromagnéticos de diversas intensidades, freqüências e amplitudes todas as vezes que é gerado um pulso elétrico.
Da mesma forma que um campo elétrico aplicado em um condutor gera um campo magnético, um campo (pulso) magnético quando aplicado próximo a um condutor gera uma corrente elétrica proporcional.
Quando as válvulas eletrônicas tiveram sua época áurea, antes do advento do transístor, o mundo estava mergulhado em um profundo silêncio eletromagnético. Uma verdadeira calmaria. Hoje em dia, vivemos sob o caos das ondas eletromagnéticas, com a "poluição das ondas hertzianas" tomando conta de todo o escpectro. Dos poucos kHz dos radares de subsolo e marítimos, aos gigahertz dos telefones e satélites das comunicações da era celular. Tudo isto gera ruído de fundo que permeia o nosso planeta. Mesmo nas regiões mais remotas do globo terrestre temos um certo ruído de fundo.
Os delicados sistemas valvulados acabam captando estas interferências traduzindo-as em sinais espúrios e seus diversos harmônicos, alguns audíveis, outros fora da faixa de áudio (20Hz a 20kHz). Válvulas mais modernas e algumas de uso militar específico, possuem blindagem interna, uma verdadeira gaiola de Faraday com terminais que podem ser acessados e aterrados, mas infelizmente, nem todas possuem estas facilidades e vez por outra acabamos vítimas dos ruídos, embora os bons circuitos e topologias possam reduzir drasticamente estes efeitos.
Portanto, quando atendemos um telefone celular ou sem fio próximos de um amplificador de Phono com ganhos elevadíssimos, estamos sujeitos à este tipo de interferência. Blindagem com canecas de alumínio são uma opção de redução destes efeitos, mas com certeza não são uma opção que preza a beleza e a estética!

3) Temos ainda os ruídos gerados pelas cargas espaciais (space charge). Não têm nada a ver com aliens ou UFOs. Os ruídos deste tipo são caracterizados pelo ruído de recombinação entre elétrons e lacunas (nos semicondutores) e pelo movimento e choque dos elétrons entre condutores e junções de condutores de metais diferentes unidos. Imagine um circuito de muito alta impedância, da ordem de alguns MegaOhms (como os J-FETs ou Amplificadores diferenciais analógicos valvulados). A eletricidade estática acumulada sobre nossa pele em um dia com baixa umidade relativa do ar é capaz de colocar uma infinidade de elétrons em marcha perante estas barreiras de altíssima impedância provocando o aparecimento de correntes indesejadas nas mais diversas freqüências e amplitudes. Em casos extremos, o pulso eletromagnético causado pelo acúmulo de cargas espaciais é suficiente para perfurar a camada isoladora dos FETs ou gerar impulsos que quando amplificados pelos valvulados, acabam por prejudicar os transdutores ligados à eles (falantes ou fones). Um bom aterramento tipo star-ground quando do projeto dos circuitos e a correta conexão entre entradas e saídas dos equipamentos (nunca deixando as mesmas em aberto) são na sua maioria suficientes para eliminar esta classe de ruídos na sua fonte.

4) E por último, mas não menos importante, temos os ruídos clássicos: "Hum-noise", "Hiss-noise" e "Motor-boating". Os três cavaleiros do apocalipse para qualquer projetista de equipamentos de áudio High-End.
O Hum, geralmente acontece quando, por algum motivo, o sinal de 60Hz ou 120hz (reatores de lâmpadas fluorescentes, ripple de retificação em onda completa, etc) da rede elétrica é captado por entradas mal aterradas ou pontos de solda falhos, fios de áudio caminhando em paralelo com fiação de força e uma infinidade de outras situações onde o ruído da rede elétrica acaba sendo captado e amplificado. Geralmente uma boa filtragem de fontes e reguladores shunt na etapa de força dos amplificadores resolve. Em outros casos, um aterramento controlado e sem loops de corrente, como o star-ground, sanam este problema por completo.
O Motor-boating. É uma oscilação de baixa freqüência geralmente ocasionado por capacitores de alto valor com problemas. Este tipo de comportamento acaba por induzir loops de realimentação positiva mas que não têm energia suficiente para transformar o circuito amplificador em um oscilador franco, então as oscilações se iniciam e acabam perdendo força, num ciclo constante e infinito. A colocação de capacitores de boa qualidade e o equilíbrio entre as impedâncias interestágios são os responsáveis pela eliminação deste tipo de oscilação.
O Hiss. É o chiado caracterísitico de um pneu furado. Dentre as oscilações espúrias é o mais esotérico deles. Está relacionado com oscilações de muito alta-freqüência, onde o que acabamos por ouvir são os sub-harmônicos ou batimento em freqüência da fundamental com alguma outra oscilação intrínseca dos circuitos. Pode ser causado pelas capacitâncias internas das válvulas associadas à indutância da fiação, resistências dos pontos de solda, posição dos componentes, orientação entre os elementos do amplificador e uma infinidade de outras combinações de elementos e situações que só o projetista/montador experiente pode solucionar em pouco tempo.

Espero ter esclarecido as bases fiundamentais e proporcionado elementos básicos para uma pesquisa mais profunda por parte dos leitores.

Lembro ainda, que sempre ao inciar um projeto qualquer, levo em consideração as melhores opções para que estes tipos de ruídos não atrapalhem o prazer da audição de um produto LPJ.

Atenciosamente.

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