Quer colocar um captador em um ukulele, violão ou cavaquinho sem precisar comprar um sistema complicado?
Existe uma solução extremamente simples e interessante para quem gosta de eletrônica:
utilizar uma cápsula piezoelétrica como captador.
É um componente barato, pequeno e capaz de transformar as vibrações do instrumento em um sinal elétrico que pode ser enviado para um amplificador.
Eu já fiz experiências desse tipo com violão, ukulele, guitarra e até violino, e o princípio eletrônico é surpreendentemente simples.
O que é um captador piezoelétrico?
Um captador possui a função de transformar alguma característica física associada ao som do instrumento em um sinal elétrico.
No caso de um captador piezoelétrico, aproveitamos o chamado:
efeito piezoelétrico.
Determinados materiais apresentam uma propriedade muito interessante: quando sofrem uma deformação mecânica, podem produzir uma diferença de potencial elétrico.
Ou, utilizando um termo mais familiar:
uma tensão elétrica.
É justamente esse fenômeno que utilizamos para captar as vibrações do instrumento.
Vibração se transforma em eletricidade
Podemos visualizar o processo assim:
Cordas vibram
↓
Instrumento vibra
↓
Tampo transmite a vibração
↓
Elemento piezoelétrico sofre deformações
↓
Surge um pequeno sinal elétrico
↓
Sinal é enviado ao amplificador
↓
Ouvimos o instrumento nos alto-falantes
Essa conversão de uma grandeza física em um sinal elétrico é o princípio fundamental do captador.
O componente utilizado é muito simples
Para fazer essa experiência podemos utilizar uma pequena cápsula piezoelétrica, também chamada popularmente de disco piezoelétrico ou piezo.
Ela normalmente possui o aspecto de um pequeno disco metálico com uma região cerâmica em uma das faces.
Esse tipo de componente aparece em diversas aplicações eletrônicas.
Talvez você já tenha visto algo parecido dentro de:
brinquedos;
alarmes;
campainhas;
equipamentos eletrônicos que produzem bipes.
O interessante é que podemos utilizá-lo também no sentido inverso: em vez de fornecer eletricidade para produzir vibração, aproveitamos uma vibração mecânica para obter um sinal elétrico.
O piezo pode funcionar como sensor
Quando utilizado como elemento sensor, o piezo reage às deformações mecânicas.
Se você conectar adequadamente um piezo à entrada de um amplificador e tocar cuidadosamente sua superfície, poderá ouvir esse contato sendo reproduzido pelos alto-falantes. Foi justamente esse princípio simples que utilizei no projeto original.
Isso já demonstra que o componente está transformando o estímulo mecânico em um sinal elétrico.
Agora imagine colocá-lo sobre uma superfície que está vibrando continuamente.
É exatamente o que acontece quando ele é instalado em um instrumento acústico.
Onde colocar o piezo no instrumento?
No meu projeto, a proposta foi colar o elemento piezoelétrico no tampo do instrumento acústico.
Quando tocamos uma corda, a vibração não permanece apenas nela.
Ela é transmitida para outras partes do instrumento.
O tampo participa intensamente desse processo.
Ao colocar o piezo em contato com essa superfície, conseguimos captar suas vibrações.
A posição do captador influencia o som
Esse é um aspecto muito interessante para experimentar.
Não existe necessariamente um único ponto que produzirá o resultado mais agradável em todos os instrumentos.
Ao mudar a posição do piezo, mudamos também as vibrações que ele recebe.
Uma região pode favorecer:
graves;
outra:
médios;
outra:
agudos.
Além disso, determinada posição pode captar mais ruídos mecânicos produzidos pelos dedos ou pelo contato com o instrumento.
Por isso, antes de fazer uma instalação definitiva, vale experimentar diferentes posições.
Faça testes antes de colar definitivamente
Essa é uma ótima oportunidade para experimentar.
Faça uma fixação provisória.
Toque o instrumento.
Ouça.
Mude a posição.
Toque novamente.
Compare.
A diferença pode ser significativa.
Em vez de simplesmente perguntar:
“qual é o lugar correto?”
podemos procurar:
“qual posição produz o som que mais me agrada neste instrumento?”
Precisamos de apenas dois fios
Eletricamente, a montagem básica é muito simples.
No projeto original, bastava soldar dois fios nos terminais do piezo e conectá-los à entrada do amplificador.
Temos essencialmente:
Piezo
↓
Dois condutores
↓
Conector
↓
Entrada do amplificador
E já conseguimos realizar a experiência.
Atenção aos terminais
As cápsulas piezoelétricas possuem regiões de conexão que precisam ser identificadas corretamente para a montagem.
No artigo original, tratei esses terminais como positivo e negativo.
Para uma montagem com um único elemento, mantenha uma ligação consistente entre o piezo, o cabo e o conector.
Isso se torna ainda mais importante quando começamos a utilizar mais de um elemento no mesmo instrumento.
Cuidado ao soldar o piezo
Este é um dos cuidados mais importantes do projeto.
Não deixe o ferro de solda durante muito tempo sobre o elemento piezoelétrico.
Esses componentes são sensíveis ao calor excessivo, e no projeto original já chamava atenção especificamente para esse problema.
Prepare tudo antes de encostar o ferro.
O ideal é fazer a soldagem de maneira rápida e limpa.
Prepare o fio antes
Antes de soldar no piezo:
desencape o fio;
prepare a ponta;
deixe o ferro corretamente aquecido;
posicione tudo.
Assim, quando encostar o ferro no terminal do piezo, você precisará permanecer ali pelo menor tempo possível.
Uma soldagem demorada não significa necessariamente uma soldagem melhor.
Utilize um cabo adequado
Em uma experiência inicial, dois fios são suficientes para demonstrar o funcionamento.
Para uma instalação mais definitiva em um instrumento, entretanto, vale pensar também em ruídos elétricos.
O sinal produzido pelo captador é relativamente pequeno.
Por isso, um cabo apropriado e uma montagem organizada ajudam a evitar que o sistema capte interferências indesejadas.
Podemos colocar um conector P10
Uma montagem prática pode terminar em um conector utilizado normalmente em instrumentos musicais.
O conhecido P10 de 6,35 mm é extremamente comum em:
guitarras;
violões eletrificados;
amplificadores;
pedais;
mesas de áudio.
Assim podemos transformar a experiência em algo muito mais prático:
Piezo → cabo → P10 → amplificador
Também podemos instalar um jack no instrumento
Outra possibilidade é instalar um conector fêmea no próprio instrumento.
Assim, em vez de deixar um cabo permanentemente saindo dele, conectamos o cabo somente quando queremos amplificá-lo.
Mas isso já exige uma intervenção maior.
Dependendo do instrumento, será necessário fazer uma abertura para instalar o jack.
Se você não quiser modificar permanentemente o instrumento, uma solução externa pode ser mais apropriada.
Podemos fazer um captador removível
Uma alternativa muito interessante é criar um sistema que possa ser colocado e retirado.
Isso permite:
testar diferentes instrumentos;
experimentar diferentes posições;
evitar modificações permanentes;
comparar o resultado.
Para quem está aprendendo eletrônica aplicada ao áudio, essa abordagem é excelente.
Você pode construir um captador e utilizá-lo em vários experimentos.
Funciona apenas em ukulele?
Não.
Apesar de o projeto ter sido apresentado como uma solução para ukulele, o princípio pode ser utilizado em diferentes instrumentos que possuam vibrações mecânicas acessíveis ao captador.
No meu caso, já fiz testes com:
violão;
ukulele;
guitarra;
violino.
Também podemos experimentar o princípio em outros instrumentos acústicos, sempre considerando a maneira adequada de fixar o sensor.
E no cavaquinho?
O mesmo princípio é particularmente interessante para instrumentos de cordas acústicos.
O cavaquinho possui uma caixa acústica cujo tampo vibra durante a execução.
Portanto, podemos experimentar diferentes posições do piezo sobre o instrumento e observar o resultado.
Novamente, o melhor caminho é testar antes de realizar qualquer fixação definitiva.
E em uma guitarra?
Em uma guitarra elétrica convencional, normalmente utilizamos captadores magnéticos.
Eles funcionam por um princípio diferente.
Mas isso não impede a utilização experimental de um piezo para captar vibrações mecânicas do instrumento.
O resultado sonoro será diferente daquele produzido pelos captadores magnéticos tradicionais.
E justamente essa diferença pode ser interessante.
Captador piezoelétrico e captador magnético não são a mesma coisa
Um captador magnético tradicional de guitarra trabalha com:
campo magnético + movimento das cordas metálicas.
Já o piezo trabalha principalmente com:
deformação/vibração mecânica.
Portanto, estamos falando de dois princípios de transdução diferentes.
Isso explica por que o resultado sonoro também é diferente.
O piezo não precisa de uma corda ferromagnética
Essa diferença abre várias possibilidades.
Um captador magnético convencional depende da interação magnética com as cordas apropriadas.
O piezo está captando vibração mecânica.
Por isso ele pode ser utilizado em instrumentos nos quais um captador magnético convencional não seria a solução natural.
É justamente por isso que encontramos sistemas piezoelétricos em muitos instrumentos acústicos.
O sinal pode ser ligado diretamente ao amplificador?
Na experiência básica que apresentei originalmente, sim: os dois fios do piezo foram utilizados para levar o sinal até a entrada do amplificador.
Isso é suficiente para demonstrar o princípio e pode funcionar em determinadas situações.
Mas existe uma questão importante quando queremos melhorar o resultado:
a impedância.
O piezo possui alta impedância
Um elemento piezoelétrico possui características elétricas diferentes das de um captador magnético convencional.
Quando o conectamos diretamente a uma entrada inadequada, podemos perder parte do sinal, principalmente em determinadas regiões de frequência.
É por isso que sistemas piezoelétricos mais elaborados costumam utilizar um circuito de adaptação.
Um pré-amplificador pode melhorar o resultado
Podemos acrescentar um pequeno circuito entre o captador e o equipamento de áudio.
Teríamos:
Piezo
↓
Pré-amplificador / buffer
↓
Amplificador
Esse circuito pode apresentar uma impedância de entrada elevada para o piezo e fornecer uma saída mais adequada para o restante do sistema.
Não é obrigatório para compreender e testar o princípio.
Mas é uma evolução muito interessante do projeto.
Captador passivo e ativo
A montagem mais simples pode ser considerada uma solução passiva.
Temos:
Piezo → saída
Sem bateria.
Sem alimentação.
Sem circuito amplificador.
Quando acrescentamos eletrônica alimentada ao instrumento, podemos construir um sistema ativo.
Por exemplo:
Piezo → pré-amplificador → controle → saída
Nesse caso precisamos também de uma fonte de alimentação, normalmente uma bateria.
Podemos acrescentar controle de volume
Depois que o captador básico estiver funcionando, uma evolução possível é acrescentar um potenciômetro para controle.
Assim podemos ajustar o nível enviado ao restante do equipamento.
Um sistema mais completo poderia possuir:
captador;
buffer ou pré-amplificador;
volume;
saída.
Aquele pequeno disco piezoelétrico começa a se transformar em um verdadeiro sistema eletrônico para o instrumento.
Podemos acrescentar equalização
Outra evolução seria incluir controles de tonalidade.
Podemos trabalhar com:
graves;
médios;
agudos.
Isso já exige um circuito mais elaborado, mas mostra como um projeto extremamente simples pode servir como porta de entrada para o estudo da eletrônica de áudio.
O piezo também capta impactos
Faça uma experiência.
Conecte o captador ao amplificador em volume moderado.
Toque cuidadosamente na superfície do piezo.
Você ouvirá o contato.
Esse comportamento foi justamente uma das demonstrações descritas no projeto original.
Agora coloque o piezo sobre uma superfície e bata levemente próximo dele.
O resultado ajuda a compreender que estamos trabalhando com um sensor de vibração.
Isso também explica alguns ruídos
Como o captador responde mecanicamente, ele pode captar coisas que talvez não desejemos.
Por exemplo:
batidas no corpo do instrumento;
movimento do cabo;
contato dos dedos;
impactos.
A maneira como o piezo é fixado e a posição escolhida influenciam muito esse comportamento.
A fixação influencia o resultado
Não basta simplesmente dizer:
“o piezo está encostado no instrumento.”
A forma como o contato mecânico acontece interfere na transmissão da vibração.
Uma fixação muito diferente pode modificar a resposta do sistema.
É por isso que vale experimentar não apenas posições, mas também diferentes formas de instalação.
Cuidado com a cola
Se estiver trabalhando em um instrumento de valor, não utilize qualquer adesivo diretamente sobre o acabamento.
Algumas colas podem:
manchar;
atacar o verniz;
deixar resíduos;
danificar permanentemente a superfície.
Faça testes em materiais sem valor antes e utilize métodos compatíveis com o acabamento do instrumento.
Podemos utilizar o projeto para aprender eletrônica
Esse é um dos aspectos mais interessantes dessa experiência.
À primeira vista estamos apenas construindo um captador.
Mas, durante o processo, encontramos vários conceitos fundamentais:
tensão elétrica;
polaridade;
efeito piezoelétrico;
sinal de áudio;
soldagem;
impedância;
amplificação.
Tudo isso utilizando um componente extremamente simples.
O piezo é um transdutor
Existe uma palavra importante aqui:
transdutor.
Um transdutor é um dispositivo capaz de converter uma forma de energia ou uma grandeza física em outra.
Nesse projeto temos:
energia mecânica das vibrações
↓
sinal elétrico
Por isso o piezo está atuando como transdutor.
Um alto-falante também é um transdutor, mas realiza outra conversão:
sinal elétrico
↓
movimento mecânico
↓
som
Podemos enxergar toda a cadeia do áudio
Quando conectamos nosso captador a um amplificador e a um alto-falante, criamos uma cadeia extremamente didática:
Cordas
↓
Vibração do instrumento
↓
Piezo
↓
Sinal elétrico
↓
Amplificador
↓
Alto-falante
↓
Som
Cada bloco possui uma função.
Quando entendemos isso, começamos a compreender muito melhor a eletrônica aplicada ao áudio.
E podemos medir o sinal?
Sim.
Com instrumentos apropriados podemos observar eletricamente aquilo que o piezo está produzindo.
Um osciloscópio, por exemplo, permite visualizar a variação do sinal quando o elemento sofre vibrações.
Isso transforma um projeto musical em uma experiência muito interessante de eletrônica.
Podemos utilizar mais de um piezo?
Também é possível experimentar vários elementos.
Imagine colocar captadores em regiões diferentes do instrumento.
Cada um pode responder de maneira diferente às vibrações.
A combinação exige alguns cuidados elétricos e pode justificar o uso de circuitos de buffer ou mistura, mas é uma evolução interessante para quem deseja experimentar.
O captador custa pouco e ensina muito
Esse é provavelmente o aspecto que mais gosto nesse projeto.
Não precisamos começar comprando um sistema sofisticado.
Com uma cápsula piezoelétrica, alguns fios e uma conexão adequada já conseguimos demonstrar todo o princípio de captação.
Depois podemos evoluir.
Primeiro:
Piezo → amplificador
Depois:
Piezo → jack → amplificador
Depois:
Piezo → buffer → amplificador
Depois:
Piezo → pré-amplificador → volume/equalização → amplificador
Cada etapa acrescenta um novo conceito.
Uma experiência simples para a bancada
Antes de colocar qualquer coisa no instrumento, podemos fazer tudo sobre a bancada.
Pegue o piezo.
Solde os fios rapidamente, evitando aquecimento excessivo.
Faça a conexão ao equipamento apropriado.
Mantenha inicialmente o volume baixo.
Toque levemente no disco.
Se tudo estiver funcionando, você perceberá imediatamente que aquele pequeno componente está respondendo mecanicamente.
A partir daí começa a parte divertida:
experimentar.
Teste em diferentes superfícies
Antes mesmo de chegar ao instrumento, coloque o piezo em contato com diferentes objetos.
Observe como o som muda.
Depois experimente no:
ukulele;
violão;
cavaquinho;
ou outro instrumento.
Essa experimentação ajuda a entender que o captador não “ouve” exatamente como um microfone.
Ele está respondendo às vibrações que chegam mecanicamente até ele.
Um captador feito por você mesmo
No final, temos algo extremamente simples:
uma cápsula piezoelétrica
dois fios
uma conexão de áudio.
E esse pequeno conjunto já é capaz de captar as vibrações do instrumento e enviá-las para um amplificador, exatamente como demonstrei no projeto original.
É um ótimo exemplo de como compreender alguns princípios básicos de eletrônica permite criar soluções que inicialmente parecem muito mais complicadas.
Veja o captador piezoelétrico funcionando
Na página original mostro o captador em funcionamento e também disponibilizo outro vídeo explicando a eletrônica utilizada na captação.
A experiência começa com um conceito muito simples: determinados materiais piezoelétricos conseguem produzir uma diferença de potencial quando sofrem deformações.
A partir disso conseguimos transformar:
vibração → eletricidade → amplificação → som.
E você pode construir essa experiência na sua própria bancada.
Quer aprender mais sobre eletrônica aplicada ao áudio?
Construir um captador piezoelétrico é uma ótima porta de entrada para compreender como a eletrônica participa da música.
A partir de um projeto tão simples começamos a estudar:
sinais de áudio;
captadores;
impedância;
pré-amplificação;
potenciômetros;
amplificadores;
alto-falantes;
fontes de alimentação;
soldagem e montagem de circuitos.
A proposta é aprender eletrônica não apenas pela teoria, mas construindo, medindo, testando e entendendo o que acontece em cada parte do circuito.