Você tem um violão, ukulele ou cavaquinho acústico e gostaria de ligá-lo a um amplificador?
Uma solução simples e muito interessante é construir o próprio captador piezoelétrico, também conhecido como captador do tipo cristal.
Foi exatamente o que fiz em um dos meus ukuleles. O instrumento não possuía qualquer sistema de captação, então instalei um cristal piezoelétrico no corpo e uma saída P10 para poder conectá-lo diretamente a um amplificador.
O projeto é bastante simples e, além de transformar o instrumento, é uma ótima experiência para entender como um cristal piezoelétrico consegue transformar vibração mecânica em um sinal elétrico.
O que é um captador piezoelétrico?
O componente principal deste projeto é o piezoelétrico.
Você provavelmente já encontrou esse componente dentro de:
buzzers;
campainhas;
brinquedos;
alarmes;
pequenos dispositivos sonoros.
Mas existe uma característica interessante: o efeito piezoelétrico pode ser utilizado nos dois sentidos.
Podemos aplicar eletricidade para produzir vibração, mas também podemos deformar mecanicamente o material e obter uma diferença de potencial elétrico.
É justamente essa segunda propriedade que utilizamos no captador.
Vibração vira eletricidade
Quando tocamos uma corda do instrumento, produzimos vibração.
Essa vibração é transmitida para:
cavalete;
tampo;
corpo do instrumento.
Se colocarmos o elemento piezoelétrico em uma região adequada, essa vibração provoca pequenas deformações no material piezoelétrico.
Como consequência, surge uma pequena tensão elétrica em seus terminais.
Podemos representar o processo assim:
Corda vibra
↓
Instrumento vibra
↓
Piezo sofre deformação
↓
Surge um sinal elétrico
↓
Sinal segue pelo cabo
↓
Amplificador
↓
Alto-falante
No meu projeto, o sinal produzido pelo piezo é enviado ao amplificador e conseguimos ouvir o som do ukulele amplificado.
Por que ele é chamado de captador “cristal”?
No artigo original utilizei justamente a expressão captador do tipo cristal, explicando que o nome está relacionado à estrutura piezoelétrica do componente. Quando o material sofre deformação, gera uma diferença de potencial em seus terminais.
É essa pequena diferença de potencial que contém a informação correspondente às vibrações do instrumento.
Não precisamos colocar uma bateria no piezo para ele produzir esse sinal.
Um captador passivo extremamente simples
Essa é uma das grandes vantagens dessa experiência.
O captador básico não precisa de:
bateria;
fonte de alimentação;
circuito integrado;
transistor.
Em sua forma mais simples temos basicamente:
piezo + cabo blindado + conector P10.
É difícil imaginar um sistema de captação muito mais simples.
O cristal piezoelétrico
O componente que utilizei pode ser encontrado em lojas de eletrônica.
Normalmente ele possui a aparência de um pequeno disco metálico, com uma região de material piezoelétrico sobre uma das faces.
Existem diferentes tamanhos.
Para uma experiência inicial, podemos trabalhar com um disco piezoelétrico comum e observar como ele responde às vibrações.
Faça uma experiência antes de instalar no instrumento
Antes de pensar em furar um violão ou ukulele, vale fazer um teste simples.
Conecte provisoriamente o piezo a um cabo apropriado e leve o sinal para uma entrada de áudio compatível.
Depois toque levemente no disco ou encoste-o sobre uma superfície que esteja vibrando.
Você perceberá imediatamente que ele consegue captar:
toques;
batidas;
vibrações.
Essa experiência ajuda a compreender o princípio antes da instalação definitiva.
O circuito do captador
Na página original mostro também o circuito utilizado para ligar o cristal piezoelétrico à saída do instrumento.
O princípio é simples: precisamos levar os dois terminais do piezo até o conector de saída.
Mas existe um detalhe muito importante:
o fio deve ser blindado.
Por que utilizar fio blindado?
No meu projeto recomendei explicitamente o uso de fio blindado para evitar o aparecimento de roncos da rede elétrica.
Isso acontece porque estamos trabalhando com um sinal de áudio relativamente pequeno.
Um fio comum pode funcionar como uma espécie de antena e captar interferências presentes no ambiente.
O resultado pode aparecer no amplificador como aquele conhecido:
“hummmmmm…”
Por isso, o cabo blindado é uma escolha muito melhor.
Como funciona o cabo blindado?
De maneira simplificada, ele possui:
condutor central → sinal
e
malha externa → referência/blindagem.
A malha envolve o condutor do sinal e ajuda a protegê-lo contra interferências eletromagnéticas.
Esse princípio aparece em praticamente todo equipamento de áudio.
É justamente por isso que cabos de guitarra não são simplesmente dois fios comuns lado a lado.
O conector P10
Para poder conectar o ukulele a um amplificador, instalei um conector P10 fêmea na lateral do instrumento.
Assim, externamente o funcionamento ficou extremamente simples:
instrumento → cabo P10 → amplificador.
O instrumento passa a poder ser conectado da mesma maneira que diversos instrumentos eletrificados.
Onde coloquei o conector no ukulele?
Esse é um detalhe interessante da minha montagem.
O ukulele possui uma boca bastante pequena.
Isso dificulta colocar a mão dentro do instrumento para trabalhar na instalação.
Por essa razão, fiz o furo e instalei o P10 em uma região lateral onde conseguia acessar o interior com maior facilidade.
Ou seja, a posição não foi escolhida apenas por estética.
Foi escolhida também pensando na:
montagem.
Antes de furar seu instrumento
Aqui vale uma recomendação importante.
Fazer um furo no instrumento é uma modificação permanente.
Antes de pegar a furadeira, verifique:
onde o conector ficará;
se existe espaço internamente;
se você conseguirá apertar a porca;
se não existem reforços estruturais naquela região;
se o conector possui comprimento suficiente.
Em um instrumento de valor elevado ou histórico, eu não faria uma modificação permanente sem avaliar antes uma solução reversível ou procurar um luthier.
Teste a posição do piezo antes de colar
O local onde o piezo é instalado influencia bastante o resultado.
Isso ocorre porque diferentes regiões do instrumento não vibram exatamente da mesma maneira.
Portanto, uma estratégia interessante é testar diferentes posições provisoriamente antes da fixação definitiva.
Toque o instrumento.
Escute.
Mude o piezo de posição.
Toque novamente.
Assim podemos procurar uma região que forneça uma resposta mais interessante.
Não existe apenas “som” ou “não som”
A posição pode alterar características como:
intensidade;
graves;
agudos;
ataque;
ruídos mecânicos.
O piezo capta vibrações estruturais.
Portanto, ele também pode captar coisas que normalmente não percebemos com tanta intensidade acusticamente.
Abaixo o circuito do captador com uso do cristal piezoelétrico.
Ele pode captar batidas no corpo
Isso também pode ser uma vantagem.
Se você utiliza técnicas percussivas no violão ou ukulele, o piezo pode captar batidas feitas diretamente no corpo.
Dependendo da maneira de tocar, isso abre possibilidades interessantes.
O instrumento deixa de fornecer apenas o som produzido pelas cordas.
Mas existe um problema: microfonia
Um sistema de captação instalado em um instrumento acústico pode apresentar microfonia, principalmente quando utilizamos amplificação em volumes elevados.
No meu ukulele, adotei uma solução bastante simples:
coloquei uma espuma grossa dentro do corpo do instrumento.
Segundo minha experiência relatada no post, a solução funcionou muito bem.
Eu não tive problemas de microfonia, inclusive utilizando o ukulele em estúdio.
O que acontece na microfonia?
Podemos ter uma realimentação acústica:
instrumento produz som
↓
captador envia ao amplificador
↓
alto-falante reproduz
↓
som do alto-falante faz o instrumento vibrar
↓
captador recebe novamente
↓
amplificador amplifica novamente
O ciclo pode continuar e aumentar rapidamente.
É o conhecido feedback.
A espuma ajuda a controlar as ressonâncias
Na minha montagem, a espuma grossa colocada dentro do ukulele ajudou justamente a controlar esse comportamento.
Mas existe uma consequência evidente: colocar material dentro da caixa acústica também pode modificar a maneira como o instrumento ressoa acusticamente.
Portanto, essa é uma solução que precisa ser avaliada conforme o objetivo.
No meu caso, funcionou muito bem para o uso que eu pretendia.
Piezo e captador magnético são diferentes
Um captador magnético convencional de guitarra trabalha principalmente com a interação entre:
cordas metálicas + campo magnético.
O piezo trabalha de outra maneira:
vibração mecânica → deformação do material → sinal elétrico.
Isso permite utilizar o piezo em instrumentos nos quais um captador magnético convencional não seria uma solução natural.
Por isso ele funciona muito bem como experiência para ukulele
As cordas de muitos ukuleles não são ferromagnéticas.
Um captador magnético convencional, portanto, não funciona simplesmente da mesma maneira que funcionaria em uma guitarra com cordas apropriadas.
O piezo não depende desse princípio.
Ele está interessado na:
vibração.
Por isso é uma solução tão interessante para:
ukulele;
violão;
cavaquinho
e vários outros instrumentos acústicos.
Existe uma característica elétrica importante do piezo
O piezo apresenta uma impedância relativamente elevada.
Isso significa que a entrada à qual ele é conectado pode influenciar significativamente sua resposta sonora.
Em uma experiência simples, podemos ligá-lo diretamente a uma entrada apropriada de amplificador, como fiz no projeto.
Mas, se quisermos desenvolver o sistema, existe uma melhoria bastante interessante:
adicionar um pré-amplificador de alta impedância de entrada.
Para que serviria um pré-amplificador?
Ele poderia funcionar como uma interface entre:
piezo
e
equipamento de áudio.
Além de adequar melhor a impedância, um circuito ativo poderia permitir:
ganho;
controle de volume;
equalização;
bufferização do sinal.
Aí nosso captador extremamente simples começa a se transformar em um sistema eletrônico de captação mais completo.
É possível fazer uma versão com controle de volume
Depois do captador, podemos pensar em acrescentar um potenciômetro.
Assim, o instrumento poderia possuir controle local do nível enviado para o amplificador.
Em uma evolução ainda maior, poderíamos acrescentar controles de tonalidade.
Temos então uma sequência interessante:
piezo simples
↓
piezo + volume
↓
piezo + pré-amplificador
↓
piezo + pré + equalização.
Mas comece pelo mais simples
Uma das coisas que gosto nesse projeto é justamente não precisar começar com toda essa eletrônica.
Primeiro fazemos:
piezo → cabo → P10 → amplificador.
Ouvimos funcionar.
Entendemos o princípio.
Depois podemos acrescentar complexidade.
Essa é uma maneira muito interessante de aprender eletrônica.
Cuidado durante a soldagem do piezo
O disco piezoelétrico é relativamente delicado.
Não é uma boa ideia manter o ferro de solda aquecendo seus terminais por muito tempo.
Prepare antes:
fio;
ferro;
solda.
Faça uma soldagem rápida e limpa.
Evite ficar repetidamente aquecendo a mesma região.
Faça também alívio de tensão no fio
Outro cuidado importante é não deixar o cabo puxando diretamente a solda do piezo.
O instrumento será:
movimentado;
transportado;
conectado;
desconectado.
Se todo esforço mecânico chegar ao ponto de solda, a conexão pode romper.
Prenda o cabo adequadamente para que a solda não funcione como suporte mecânico.
Isole as conexões
Depois da soldagem, proteja as regiões condutoras expostas quando necessário.
Podemos utilizar materiais apropriados, como termo retrátil em pontos nos quais sua aplicação seja adequada.
A ideia é evitar:
curtos;
contatos acidentais;
fios soltos.
Uma montagem simples também merece um bom acabamento.
Antes de fechar tudo, teste
Não faça a instalação definitiva e somente depois descubra que existe algum problema.
Com o sistema ainda acessível:
conecte o cabo;
ligue ao amplificador em volume baixo;
toque o instrumento;
movimente cuidadosamente a fiação;
observe se existe ronco;
verifique o conector.
Somente depois finalize a montagem.
Se aparecer muito ronco
Comece verificando:
cabo blindado;
continuidade da malha;
soldas;
conector P10;
cabos utilizados externamente.
No projeto original, o uso de fio blindado foi justamente a recomendação para evitar a captação de roncos provenientes da rede.
Se o som estiver muito baixo
Primeiro confirme se o piezo está realmente produzindo sinal.
Depois verifique:
soldas;
posição do captador;
cabo;
entrada do amplificador.
Também é importante lembrar a questão da impedância.
Dependendo da entrada utilizada, um pré-amplificador ou buffer apropriado pode melhorar bastante o aproveitamento do sinal.
Se houver muita microfonia
No meu caso, a solução utilizada foi a espuma grossa no interior do ukulele, que apresentou um ótimo resultado inclusive no uso em estúdio.
Mas também vale observar:
posição em relação ao alto-falante;
volume utilizado;
ganho;
equalização;
posição do captador.
Feedback acústico é resultado do sistema inteiro, não apenas do componente piezoelétrico.
O melhor deste projeto é enxergar a eletrônica acontecendo
Quando estudamos o efeito piezoelétrico apenas teoricamente, podemos decorar:
“deformação mecânica produz diferença de potencial.”
Tudo bem.
Mas aqui fazemos algo muito mais interessante.
Pegamos um pequeno cristal.
Colocamos em um instrumento.
Tocamos uma corda.
E ouvimos aquela vibração saindo por um amplificador.
A teoria se transforma imediatamente em uma experiência real.
Do cristal ao alto-falante
Podemos acompanhar toda a cadeia:
dedo movimenta a corda
↓
corda vibra
↓
corpo do instrumento vibra
↓
piezo é deformado
↓
surge uma tensão elétrica
↓
cabo blindado transporta o sinal
↓
amplificador aumenta o sinal
↓
alto-falante movimenta o ar
↓
ouvimos o instrumento amplificado.
Esse pequeno projeto conecta:
mecânica;
eletricidade;
eletrônica;
acústica;
música.
Meu ukulele funcionando com o captador caseiro
Na página original mostro o ukulele com o captador tipo cristal instalado, o cristal piezoelétrico, o circuito utilizado, a posição da espuma colocada dentro do instrumento e um vídeo com o resultado.
No vídeo estou tocando o ukulele utilizando um amplificador de guitarra.
O instrumento originalmente não possuía nenhum tipo de captação.
Com um componente eletrônico extremamente simples, fio blindado e uma saída P10, ele passou a poder ser amplificado.
Um excelente primeiro projeto de eletrônica aplicada ao áudio
Esse é justamente o tipo de projeto que considero muito interessante para quem está começando.
Não é um circuito montado apenas para observar uma leitura no multímetro.
No final temos alguma coisa que realmente podemos utilizar:
um instrumento acústico eletrificado.
E durante o processo aprendemos sobre:
piezoeletricidade;
sinais de áudio;
cabos blindados;
interferência;
conectores P10;
microfonia;
amplificação.
Tudo a partir de um pequeno disco piezoelétrico.
Quer aprender eletrônica aplicada ao áudio?
Este projeto tem uma ligação direta com eletrônica aplicada ao áudio: começamos com uma vibração mecânica extremamente pequena, transformamos essa vibração em sinal elétrico e depois precisamos transportar e amplificar esse sinal adequadamente.
É justamente esse tipo de aplicação prática que permite compreender por que conceitos como captação, impedância, blindagem, pré-amplificação e amplificação são importantes.
O captador piezoelétrico é um ótimo exemplo dessa filosofia:
um componente simples, um circuito simples e uma experiência na qual conseguimos literalmente ouvir a eletrônica funcionando.