Sabe aquela caixa de som antiga que ficou guardada porque o aparelho original que a utilizava quebrou há muitos anos?
Eu tinha várias dessas em casa.
E surgiu uma pergunta bastante simples:
por que não dar uma nova vida a essas caixas acústicas?
Foi exatamente essa a ideia deste projeto: aproveitar uma caixa passiva antiga e transformá-la em uma caixa amplificada, capaz de receber um sinal de áudio externo. No projeto original, construí tanto o circuito amplificador quanto sua fonte de alimentação.
E o coração do projeto é um conhecido nosso:
TDA2003.
Uma caixa de som passiva não é um amplificador
Antes de começar, precisamos entender uma diferença importante.
Uma caixa acústica passiva possui essencialmente um ou mais:
alto-falantes.
Ela recebe potência de um amplificador externo e transforma o sinal elétrico em som.
Por isso, não basta pegar a saída de um MP3 ou celular e conectá-la diretamente a uma caixa passiva esperando obter um volume elevado.
O pequeno sinal precisa ser:
amplificado.
O que vamos acrescentar à caixa?
A ideia é transformar:
caixa passiva
em:
caixa amplificada.
Para isso precisamos acrescentar basicamente:
entrada de áudio → amplificador → alto-falante.
E naturalmente precisamos fornecer energia ao amplificador:
fonte de alimentação → amplificador.
No meu projeto, construí essas duas partes.
O TDA2003 foi escolhido para fazer a amplificação
Utilizei como base o TDA2003, um circuito integrado amplificador de potência de áudio.
O circuito é relativamente simples, compacto e utiliza poucos componentes externos.
Na montagem original, construí o amplificador em uma ponte de terminais, sem necessidade de uma placa de circuito impresso sofisticada.
Isso combina perfeitamente com a proposta:
reaproveitar uma caixa antiga com um projeto eletrônico relativamente simples.
O que significa o TDA2003 entregar até 10 W RMS?
No artigo original mencionei que o TDA2003 é capaz de entregar até cerca de 10 W RMS.
Esse valor, porém, não significa que qualquer circuito com TDA2003 automaticamente fornecerá 10 W.
A potência efetivamente obtida depende de fatores como:
tensão de alimentação;
impedância do alto-falante;
capacidade da fonte;
distorção;
dissipação térmica.
Por isso, o datasheet e as condições reais da montagem devem ser considerados quando dimensionamos um projeto novo.
O que significa RMS?
Quando falamos de áudio, encontramos frequentemente especificações de potência em watts RMS.
Não devemos confundir isso com números de potência de pico utilizados em algumas especificações comerciais.
Para nosso projeto, o mais importante é compreender que o amplificador precisa ser compatível com:
a carga que será conectada
e
a potência que pretendemos obter.
Não basta olhar apenas para o número de watts.
Primeiro verifique o alto-falante da caixa antiga
Antes de transformar uma caixa abandonada, vale descobrir o que existe dentro dela.
Procure informações como:
impedância nominal;
potência suportada;
quantidade de alto-falantes;
forma como estão ligados.
É comum encontrarmos indicações como:
4 Ω
ou
8 Ω.
Essa informação é muito importante para o amplificador.
O que significa a impedância do alto-falante?
Um alto-falante representa uma carga para o amplificador.
Sua impedância influencia a corrente que o circuito precisa fornecer.
De maneira bastante simplificada, pela Lei de Ohm:
I = V / R
Diminuindo a impedância da carga, a corrente exigida tende a aumentar para determinada tensão.
É por isso que não podemos pensar:
“qualquer alto-falante serve para qualquer amplificador”.
Precisamos respeitar as condições previstas para o circuito.
E se minha caixa tiver mais de um alto-falante?
A situação precisa ser analisada.
Duas cargas podem estar ligadas:
em série
ou
em paralelo.
E isso altera a impedância equivalente.
Por exemplo, considerando cargas puramente resistivas apenas para compreender o princípio:
dois elementos de 8 Ω em série:
8 + 8 = 16 Ω.
Dois elementos de 8 Ω em paralelo:
8 || 8 = 4 Ω.
Em alto-falantes reais trabalhamos com impedância, que varia com a frequência, mas o exemplo mostra por que precisamos observar a ligação original da caixa.
O sinal de áudio entra no amplificador
A fonte sonora pode ser um dispositivo capaz de fornecer um sinal de áudio compatível com a entrada que construirmos.
No contexto do projeto original, a ideia era justamente transformar a caixa em uma caixa amplificada para MP3.
O caminho do sinal pode ser representado assim:
MP3
↓
entrada de áudio
↓
TDA2003
↓
alto-falante
↓
som.
O amplificador não cria energia
Esse é um conceito muito importante.
O pequeno sinal de áudio da entrada não contém energia suficiente para movimentar o alto-falante com grande intensidade.
O amplificador utiliza esse sinal como referência e retira energia da:
fonte de alimentação.
Portanto temos:
sinal de áudio + energia elétrica
↓
amplificador
↓
sinal de áudio com maior potência.
É justamente por isso que precisamos construir também uma fonte adequada.
A fonte de alimentação faz parte do amplificador
Às vezes pensamos no circuito amplificador e na fonte como coisas completamente separadas.
Na prática, uma fonte inadequada pode arruinar um excelente circuito de áudio.
Ela precisa fornecer:
tensão adequada;
corrente suficiente;
boa filtragem.
Uma fonte incapaz de acompanhar o consumo pode fazer a tensão cair justamente quando o amplificador exige maior potência.
Uma fonte mal filtrada pode produzir ronco
Esse é um problema clássico em projetos de áudio.
Imagine que você termina a montagem, conecta o alto-falante e escuta:
hummmmmm…
mesmo sem música.
Uma das possíveis origens é a alimentação.
Quando transformamos tensão alternada em contínua, precisamos realizar adequadamente:
retificação
e
filtragem.
O capacitor ajuda a filtrar a alimentação
Depois da retificação, a tensão ainda apresenta ondulação.
Um capacitor de filtragem armazena energia quando a tensão aumenta e ajuda a fornecê-la quando ela diminui.
De maneira simplificada:
CA
↓
retificador
↓
DC pulsante
↓
capacitor de filtragem
↓
DC mais suave.
Quanto melhor dimensionada a fonte, menor tende a ser a ondulação para determinada condição de carga.
Isso influencia diretamente aquilo que ouvimos
Em circuitos de áudio, pequenas perturbações elétricas podem acabar chegando ao alto-falante.
E o alto-falante possui uma característica bastante inconveniente para quem construiu mal a fonte:
ele transforma essas variações em som.
Ou seja, um problema elétrico torna-se:
um problema audível.
É justamente por isso que construir um amplificador é uma ótima maneira de aprender fontes de alimentação.
Cuidado ao trabalhar com a rede elétrica
Existe uma diferença fundamental entre montar o TDA2003 alimentado por baixa tensão DC e construir uma fonte diretamente ligada à rede.
O lado conectado à rede elétrica envolve tensões potencialmente letais.
Para quem está começando, uma alternativa mais segura para experimentar o amplificador é utilizar uma fonte DC isolada e adequada já pronta, em vez de começar pela construção da etapa conectada à rede.
No projeto original eu mostro também a construção da fonte, mas isso exige conhecimento e cuidados compatíveis com o risco envolvido.
O TDA2003 também precisa dissipar calor
Amplificação de potência produz calor.
Nem toda a energia retirada da fonte chega ao alto-falante.
Parte dela acaba dissipada no próprio circuito.
Por isso precisamos pensar em:
dissipador térmico.
Sua função é facilitar a transferência do calor produzido pelo CI para o ambiente.
Não esconda o amplificador em qualquer lugar dentro da caixa
Quando adaptamos uma caixa acústica antiga, existe uma tentação:
“vou colocar o circuito lá dentro e fechar tudo.”
Mas precisamos considerar:
ventilação;
acesso para manutenção;
posição do dissipador;
fiação;
fixação mecânica.
O circuito não deve ficar solto dentro da caixa.
Além disso, partes metálicas ou terminais não devem ficar encostando onde possam produzir curto-circuitos.
O próprio alto-falante produz vibração
Isso é particularmente importante neste projeto.
Estamos instalando eletrônica justamente dentro ou junto de um equipamento projetado para:
vibrar e movimentar ar.
Portanto, conexões frágeis podem apresentar problemas com o tempo.
Fixe adequadamente:
placa ou ponte de terminais;
conectores;
potenciômetros;
fiação;
dissipador.
Uma montagem eletricamente correta também precisa ser mecanicamente confiável.
A ponte de terminais é uma solução interessante
No projeto original, o circuito do TDA2003 foi montado em uma ponte de terminais.
Esse método permite realizar uma montagem bastante artesanal.
Os componentes são soldados entre pontos de conexão, formando o circuito sem necessidade de fabricar uma PCB específica.
É especialmente interessante para:
protótipos;
circuitos pequenos;
projetos únicos.
Mas organização continua sendo fundamental.
Não faça uma “teia de fios”
Mesmo que o esquema eletrônico esteja correto, uma montagem física desorganizada pode trazer problemas.
Em áudio, devemos prestar atenção especialmente à região de:
entrada do sinal.
Ela trabalha com sinais relativamente pequenos.
Mantenha-a afastada de regiões com correntes maiores, como:
alimentação;
saída para alto-falante;
transformador, quando houver.
Isso ajuda a reduzir ruído e realimentações indesejadas.
Podemos colocar um controle de volume
Uma melhoria natural é acrescentar um potenciômetro de volume na entrada.
De maneira simplificada, ele pode atuar como um divisor de tensão variável.
Giramos o potenciômetro e controlamos quanto do sinal chega ao amplificador.
Assim podemos ter:
entrada de áudio → volume → TDA2003 → alto-falante.
Isso transforma a adaptação em algo muito mais próximo de uma caixa amplificada convencional.
Também podemos instalar uma chave liga/desliga
Outra melhoria simples:
chave geral.
E podemos acrescentar um:
LED indicador.
Então temos uma pequena interface:
chave → liga/desliga
LED → indica estado
potenciômetro → controla volume.
Três elementos simples já mudam completamente a experiência de utilização.
Podemos aproveitar a própria caixa
Esse é um dos aspectos de que mais gosto neste projeto.
Não precisamos construir tudo do zero.
A caixa acústica já possui uma função muito importante:
acomodar o alto-falante e participar do comportamento acústico do sistema.
Em vez de jogar tudo fora porque o aparelho original quebrou, podemos aproveitar aquilo que ainda funciona.
Foi exatamente essa a motivação do artigo: eu tinha em casa diversas caixas provenientes de equipamentos que haviam sido abandonados ou quebrado ao longo dos anos e resolvi dar vida novamente a essas caixas acústicas.
Reaproveitar também é uma ótima forma de aprender
Existe uma vantagem didática enorme.
Quando desmontamos uma caixa antiga, começamos a perguntar:
que alto-falante é esse?
qual sua impedância?
como estava conectado?
por que a caixa tem esse volume?
para que serve esse material interno?
como posso instalar meu circuito aqui?
Um objeto que iria para o lixo se transforma em material de estudo.
Podemos testar o amplificador antes de modificar a caixa
Essa é uma abordagem que recomendo.
Primeiro:
monte e teste o amplificador separadamente.
Verifique se:
reproduz áudio;
o volume é adequado;
não existe aquecimento anormal;
não há ronco excessivo.
Depois faça a integração definitiva.
Assim, se alguma coisa não funcionar, fica muito mais fácil descobrir onde está o problema.
Comece sempre com volume baixo
No primeiro teste:
volume da fonte sonora baixo.
Depois aumente gradualmente.
Observe:
qualidade do áudio;
distorção;
temperatura do CI;
comportamento da fonte.
Não precisamos descobrir os limites do circuito nos primeiros cinco segundos.
Se o som estiver distorcendo, investigue
Distorção excessiva pode ter diversas causas:
sinal de entrada muito elevado;
alimentação inadequada;
amplificador chegando ao clipping;
carga incompatível;
problemas na montagem.
Não conclua imediatamente que:
“o TDA2003 é ruim”.
Ele pode simplesmente estar trabalhando fora das condições adequadas.
O que é clipping?
Um amplificador possui limites de excursão do sinal de saída determinados, entre outras coisas, pela alimentação e pela própria arquitetura do circuito.
Se tentarmos obter uma amplitude maior do que ele consegue produzir, os extremos da forma de onda começam a ser cortados.
Em vez de uma senoide:
suave e arredondada,
passamos a ter regiões:
achatadas.
Isso é clipping.
E ouvimos o resultado como distorção.
O alto-falante também possui limites
Não adianta construir um amplificador mais potente e simplesmente conectá-lo a qualquer caixa antiga.
Precisamos verificar se o alto-falante consegue trabalhar com a potência aplicada.
Potência excessiva pode provocar:
aquecimento da bobina;
excursão mecânica excessiva;
distorção;
danos.
A adaptação precisa considerar o conjunto completo.
Transformando lixo eletrônico em equipamento útil
No final, o caminho é bastante interessante:
aparelho antigo quebra
↓
caixa acústica sobra
↓
alto-falante ainda funciona
↓
construímos um amplificador
↓
construímos ou adicionamos alimentação
↓
instalamos entrada de áudio
↓
a velha caixa volta a tocar.
Esse é exatamente o tipo de projeto de que gosto.
Não apenas porque economiza algum dinheiro.
Mas porque nos obriga a:
entender o equipamento.
Um ótimo projeto para quem está aprendendo eletrônica de áudio
Para construir essa pequena caixa amplificada precisamos passar por vários conceitos:
sinal de áudio;
circuito integrado;
amplificação;
tensão;
corrente;
potência;
impedância;
alto-falante;
fonte;
filtragem;
dissipação térmica.
Ou seja, aquilo que parecia apenas:
“colocar um amplificador numa caixa velha”
vira uma verdadeira aula prática de eletrônica.
Veja a construção no vídeo
Na página original mostro o projeto e o circuito eletrônico utilizado. O amplificador foi construído com o TDA2003, em uma montagem simples e pequena sobre ponte de terminais, e também mostro a parte relacionada à alimentação. O vídeo ainda direciona para os demais vídeos com as instruções do projeto.
Quer ir além e entender como os amplificadores realmente funcionam?
Esse projeto é especialmente interessante porque não utiliza simplesmente um módulo pronto.
Quando montamos o circuito, conseguimos começar a entender o caminho percorrido pelo sinal, o papel da alimentação e a relação entre amplificador e alto-falante.
Uma caixa de som antiga que estava sem utilidade pode, portanto, fazer muito mais do que voltar a tocar.
Ela pode se transformar em um excelente projeto para aprender eletrônica na prática.