Por que os amplificadores distorcem? O que é a distorção e como ela afeta a qualidade dos sistemas de som? Que tipos de distorções podem ser introduzidas pelos circuitos eletrônicos? Neste artigo, explicamos de forma simples, para estudantes e amadores, o que é a distorção e de que modo podemos eliminá-la ou pe!o menos reduzi-la.
O amplificador ideal não deve introduzir nenhuma forma de alteração no sinal que deve ser ampliado. Um sinal senoidal puro na entrada deve corresponder a um sinal senoidal exatamente igual na saída.
Outras formas de onda, como as mais complexas que correspondem à voz ou à música devem ser trabalhadas do mesmo modo. (figura 1)
Entretanto, por diversos motivos, pequenas alterações (e às vezes até grandes) são introduzidas no sinal que deve ser ampliado, resultando em deformações da forma de onda que denominamos distorção.
Estas alterações se traduzem de diversas formas, como por exemplo num soar diferente do original para quem ouve, ou em sons de timbre desagradável. (figura 2)
As próprias características dos circuitos eletrônicos é que se responsabilizam por parte das distorções que podem ser notadas. Quanto menor for a distorção maior será a fidelidade de reprodução de um sistema de som.
Neste ponto alertamos os leitores que a qualidade de um sistema de som deve ser dada em função da fidelidade que ele apresenta e não em função da potência (número de watts) como muitos pensam.
Um potente amplificador de 200 ou 300 watts pode ter um som muito pior do que um pequeno amplificador de 5 ou 10 watts e a diferença pode estar na fidelidade.
O amplificador potente apresentando uma alta taxa de distorção não terá a mesma qualidade do pequeno amplificador mas de reduzida taxa de distorção.
Distorção por linearidade
Um amplificador ideal deve ter uma resposta linear à variação da intensidade de sinal.
Se um sinal que varia de 0 a 0,1 mV na entrada produz uma variação da saída de 1 volt, no amplificador ideal, a variação de 0,9 a 1 mV (num nível mais alto portanto) deve também produzir uma variação de saída de 9 a 10 volts, que corresponde a 1 V também
Em suma, em qualquer ponto da faixa de tensões de entrada, uma mesma variação corresponde a igual da tensão de saída. (figura 3)
Se o sinal de entrada ultrapassar certo valor, a tensão de saída não o acompanhará, pois terá chegado ao máximo. Temos então a saturação ilustrada na figura 4.
Quando o amplificador "satura',' a deformação do sina! é grande, resultando numa reprodução desagradável.
Observamos que na prova da distorção por linearidade de um amplificador é interessante utilizar sinais de forma de onda triangular.
A variação linear deste tipo de sinal permite observar melhor, num osciloscópio qualquer tipo de deformação, o que não ocorre com a utilização de sinais senoidais ou retangulares.
O uso deste tipo de forma de onda não é ainda muito conhecido de muitos técnicos e estudantes.
Distorção Harmônica
Um dos resultados da não linearidade de um amplificador é a distorção harmônica.
Um sinal senoidal puro tem uma frequência bem definida. Entretanto, um sinal cuja forma de onda não seja a senóide, pode ser analisado como a combinação de sinais de frequências que sejam múltiplas do seu valor fundamental (Fourier). Estes sinais múltiplos são denominados "harmônicas".
Assim, um sinal complexo como o da figura 5 pode ser decomposto em componentes cujas frequências sejam múltiplas, até o infinito.
Como todas as frequências harmônicas são importantes para se obter o sinal com sua forma de onda original amplificado, e como existe um limite para o valor que o amplificador pode trabalhar, as frequências mais altas podem ser cortadas.
O resultado é que, por estes cortes, não temos a recomposição do sinal original, ocorrendo pois uma distorção.
Se tomarmos um sinal de determinada frequência e o decompormos em suas componentes (fundamental e harmônicas), podemos estabelecer quanto em porcentagem corresponde cada uma. (figura 6)
Somando as componentes que podem passar pelo amplificador e portanto ser reproduzidas na saída, temos a taxa de fidelidade. Subtraindo este valor de 100% temos "o que falta" e, portanto, a taxa de distorção harmônica.
Assim, se um amplificador deixar passar 99,5% das componentes do sinal de uma certa frequência (tomada como padrão) sobram 0,5% que correspondem à taxa de distorção harmônica total ou abreviadamente THD.
O ouvido pode perceber distorções a partir de 1%,o que significa que valores inferiores a este são perfeitamente toleráveis nos amplificadores comerciais.
É importante observar que esta taxa varia conforme a intensidade do sinal e portanto a potência de saída. Abrindo todo o volume de um amplificador, a potência aumenta, mas também aumenta a taxa de distorção.
Na figura 7 temos uma curva típica de resposta de um amplificador em que se mostra de que modo a distorção harmônica cresce quando a potência se aproxima do máximo.
Esta distorção nos picos de potência é que nos faz comprar amplificadores com potências sempre um pouco maiores do que aquela que necessitamos para uma audição normal.
Se precisamos de 20 watts para um ambiente com bom volume sonoro, optamos por um amplificador com um pouco mais, para que não precisemos em ocasião nenhuma usá-lo no máximo, quando a taxa de distorção é maior.
Distorção por intermodulação
Quando sinais de frequências diferentes são aplicados à entrada de um amplificador, eles se "combinam" resultando em diversos outros sinais de frequências diferentes.
Assim, se um sinal de 500 Hz e um de 700 Hz for aplicado à entrada de um amplificador, conforme mostra a figura 8, aparecem sinais que correspondem à soma e diferença das frequências.
Além disso, temos as harmônicas, que como já vimos, influem na obtenção do sinal original na saída.
Pois bem, estes sinais soma e diferença são amplificados junto com os sinais originais 'aparecendo na saída de forma a deformar o sinal original.
Distorção de Frequência
Este tipo de distorção se manifesta quando o sistema amplificador reforça ou elimina sinais de determinadas frequências.
Podemos verificar este tipo de distorção simplesmente analisando a curva de respostar de um amplificador, conforme mostra a figura 9.
O amplificador ideal deve ter uma resposta linear na faixa de frequências em que trabalha. Na prática, entretanto, ocorrem pequenas variações que significam reforços ou atenuações de determinadas frequências e que consistem em uma distorção de frequência.
Estas distorções são devidas à presença de circuitos RC, RL e mesmo LC que "sintonizam" certas frequências reforçando-as ou atenuando-as de modo seletivo.
Quanto mais próxima da resposta plana for a apresentada por um amplificador, melhor ele será.
Distorção de Fase
Este tipo de distorção ocorre quando o ângulo de fase entre a frequência fundamental do sinal amplificado e qualquer de suas harmônicas muda, ou ainda quando na reprodução, o ângulo de fase entre sinais de frequências diferentes é alterado.
O motivo é o mesmo do caso anterior.
Devido à presença de circuitos dotados de capacitores e' indutores em conjunto com resistores, pode ocorrer uma alteração seletiva das fases dos sinais conforme sua frequência chegando mesmo a haver o corte de certas frequências.
Se a distorção ocorresse de maneira linear, ou seja, a alteração de fase fosse a mesma em todo o espectro, nada seria percebido mas na prática não é isso que ocorre.
Distorção Transiente
Este tipo de distorção se manifesta no sistema de reprodução, isto é, normalmente no alto-falante ou fone de ouvido.
Se pulsos de curta duração devem ser reproduzidos, estes dão origem à oscilações amortecidas no alto-falante ou fone, em vista de suas características mecânicas.
Em suma, um pulso único pode, na reprodução, resultar num trem de pulsos amortecidos, conforme mostra a figura 10.
Veja então que uma forma de onda que originalmente tem apenas uma subida rápida e que, portanto, corresponde a um transiente, aparece na reprodução com uma oscilação amortecida de forma de onda completamente diferente.
Conclusão
Todos estes tipos de distorção prejudicam a qualidade de som de um sistema.
Algumas são inerentes ao próprio equipamento enquanto outras dependem da forma com ele é usado.
O fato é que, na aquisição de um amplificador ou sistema de som, é muito importante estudar as suas características de fidelidade, muito mais que se preocupar com a potência.
A potência total nem sempre você usa, pois somente quando todo o volume é aberto é que um amplificador dá sua potência máxima, mas a fidelidade total você precisa sempre, quer seja nas mínimas potências, de fração de watt quando emprega o fone, quer seja no máximo quando você dá uma festa.
Cuidado, pois! Aprenda a dar valor à fidelidade de um sistema como qualidade principal.
A potência vem depois.
