Sonômetro (ART2533)

Para ajudar você a localizar melhor as caixas acústicas em sua sala de som, para indicar se um alto-falante ou caixa está reproduzindo o som com maior ou menor intensidade que outro, ou ainda, para lhe mostrar quem recebeu mais aplausos num programa de calouros, competição ou brincadeira, nada melhor do que um sonômetro. Um aparelho que mede, com precisão, a intensidade de um som, com características direcionais que podem ser muito úteis em certas aplicações.

O que é um sonômetro? Não, o leitor está errado. Não se trata de nenhum aparelho para medir ou induzir sono, mas sim um aparelho para medir a intensidade de um som.

Como sono nada tem a ver com som, se bem que as palavras sejam semelhantes, sugerimos ao leitor que fique bem acordado ao ler este artigo, pois ele pode lhe interessar.

De fato, o que propomos neste artigo é um aparelho que permite localizar uma fonte sonora como, por exemplo, uma caixa acústica, sirene ou buzina, e ainda medir a intensidade com que o som chega até o local. (figura 1)

Figura 1 – Utilizando o aparelho

Um instrumento indicador pode ser calibrado com uma escala arbitrária, a partir da qual poderemos fazer comparações de intensidades sonoras, o que nos leva a sugerir muitas aplicações práticas para o aparelho.

Podemos localizar reflexões indesejáveis de som numa sala, melhorando, com sua eliminação, a qualidade de audição de um sistema de alta fidelidade.

Podemos medir o nível de ruído de um ambiente, comparando-o com o de outro, para saber qual é o mais “barulhento".

Podemos usar o aparelho como medidor de aplausos“ para comparar o desempenhos de candidatos em programas de calouros ou ainda para saber quem recebeu maior “votação" em brincadeiras ou competições em que isso seja avaliado pelo “barulho" de uma plateia.

Uma característica importante deste aparelho é sua alimentação com apenas 3 V (duas pilhas pequenas) e o uso de microfone de eletreto.

No primeiro caso, temos a possibilidade de uso absolutamente portátil e no segundo a confirmação de sua sensibilidade.

A montagem é relativamente simples, não oferecendo dificuldades aos leitores experientes, e mesmo aos principiantes que se proponham seguir todas as nossas instruções.

COMO FUNCIONA

Na figura 2 temos um diagrama de blocos em que separamos as diversas funções encontradas no nosso aparelho.

Figura 2 – Diagrama de blocos

O primeiro bloco representa o circuito de entrada, em que é ligado o sensível microfone de eletreto.

O microfone sugerido já leva em seu interior um transistor de efeito de campo amplificador, daí sua elevada sensibilidade, o que exige também uma polarização especial.

Temos em disponibilidade dois tipos de microfones de eletreto que podem ser usados no nosso projeto. A ligação alternativa para o tipo de três terminais é mostrada na figura 3.

Figura 3 – Ligações do microfone

O circuito de entrada do primeiro bloco fornece uma segunda amplificação ao sinal captado pelo microfone. Do coletor deste transistor tiramos o sinal, via potenciômetro de sensibilidade, para a etapa seguinte, representada pelo segundo bloco.

O segundo e o terceiro blocos são etapas amplificadoras, cada qual tendo por base um transistor de alto-ganho, não havendo nada de especial em relação às configurações usadas.

Observamos apenas que no coletor do terceiro transistor, que corresponde à saída do bloco de amplificação final, existe um transformador.

Este transformador altera a impedância do sinal para aplicação no bloco seguinte que é o de medição.

Conforme mostra a figura 4, o sinal de áudio captado e amplificado corresponde a uma corrente alternada que não serve para excitar diretamente o instrumento medidor.

Figura 4 – O sinal de áudio

Este sinal é então retificado por dois diodos, sendo então levado, via trimpot de ajuste, ao instrumento. A finalidade do trimpot é ajustar as características do transformador às características do instrumento, de modo a termos deflexão total de sua agulha nos sons mais fortes.

O instrumento usado é um VU-meter comum, que tem a sensibilidade e a precisão necessárias à finalidade do projeto.

OS COMPONENTES

Todos os componentes podem ser adquiridos com facilidade e a baixo custo nas casas especializadas, não havendo necessidade de improvisações ou habilidades especiais para sua preparação.

A caixa sugerida para a montagem é mostrada na figura 5.

Figura 5 – Caixa para montagem

O microfone de eletreto, de pequenas dimensões, pode ser colocado num pequeno tubo que lhe proporcionará uma ação direcional. Para aumentar a diretividade do aparelho, pode-se usar um refletor parabólico, conforme sugere a figura 6.

Figura 6 – Usando o refletor

O microfone de eletreto pode ser tanto do tipo de dois terminais, como de três terminais, sendo as ligações mostradas na figura 3. No projeto original foi usado o tipo de dois terminais, para o qual desenhamos o diagrama.

O transformador T1 é do tipo para transistores, com impedância de 1 k de primário e secundário de 8 Ω. Transformadores de características próximas podem ser experimentados.

Os eletrolíticos devem ter uma tensão de trabalho de pelo menos 6 V e os demais capacitores podem ser tanto cerâmicos como de poliéster.

Os resistores são de 1/8 ou 1/4W com qualquer tolerância e S1 é um interruptor simples.

Material complementar é o suporte para duas pilhas, a placa ou ponte de terminais para a sustentação dos componentes, fios e solda.

MONTAGEM

Duas versões são possíveis: em placa, mais compacta, para os montadores com mais recursos, e em ponte, de maior tamanho, mas mais simples por não exigir recursos especiais, sendo recomendada aos menos experientes.

Na figura 7 temos então o diagrama completo do sonômetro na versão de microfone de dois terminais.

Figura 7 – Diagrama completo do aparelho

Os leitores iniciantes devem procurar familiarizar-se com a interpretação deste tipo de diagrama.

Para a versão em ponte de terminais deve ser seguida a figura 8.

Figura 8 – Montagem em ponte de terminais

Veja que todas as ligações com fios são curtas, e que cabo blindado é usado na ligação do microfone.

Como o circuito é de alto-ganho, este tipo de precaução é importante para se evitar problemas de oscilações ou realimentações.

Os três transistores são iguais. Usamos originalmente os BCS48, mas eles admitem equivalentes, como o BC547, BC237, BC239, BC549.

M1 é um VU meter comum de 200 µA, do tipo encontrado em aparelhos de som. Praticamente qualquer tipo de VU pode ser experimentado.

P1 é um potenciômetro comum, enquanto que P2 é um trimpot. Os valores são os mesmos (4k7), mas para P2 admite-se variações como, por exemplo, 2k2, 2k7 ou mesmo 10 k. P1 é crítico, não devendo ser alterado.

D1 e D2 são diodos de germânio 1N34 ou equivalentes. Qualquer diodo de germânio de uso geral pode ser usado nesta função, e até mesmo de silício podem ser experimentados.

O jaque J1 permite a ligação de um fone para monitoração do som que está sendo medido.

A versão em placa de circuito impresso é mostrada na figura 9.

Figura 9 – Placa para a montagem

Fora da placa encontramos apenas o potenciômetro P1, a chave S1, o suporte de pilhas, o instrumento e o microfone, além de J1 que é optativo.

Damos a seguir as principais precauções que devem ser tomadas na sequência da montagem.

a) Comece soldando os transistores, observando suas posições que são dadas em função da parte achatada de seus invólucros. Na versão em ponte todos os transistores ficam com a parte chata voltada para cima. A soldagem deve ser feita rapidamente, pois estes componentes são sensíveis ao calor.

b) Solde depois os diodos D1 e D2, observando sua polaridade que é dada pela faixa existente em seu invólucro. Se houver inversão destes diodos o aparelho não funcionará. Dobre os terminais de acordo com as figuras, procedendo à soldagem.

Na figura 10 mostramos de que modo pode ser feita a identificação destes componentes para o caso da faixa estar apagada (o que é comum).

Figura 10 – Identificação do diodo

Na soldagem dos diodos, o leitor também deve ser rápido,pois são componentes sensíveis ao calor.

c) A seguir, o leitor deve soldar T1. Veja que este componente é autossustentado, ou seja, é preso apenas por seus terminais, na versão em placa e em ponte. Para a versão em placa, a sustentação pelos terminais é adequada, mas na ponte ela é frágil.

Depois de fixar a ponte na caixa, será conveniente colar o transformador na mesma ou usar algum meio adicional de fixação. Observe também que o terminal central do enrolamento primário fica desligado do circuito, sem bem que seja soldado tanto na placa como na ponte, para ajudar a sustentação.

d) Solde todos os resistores. Veja que seus valores são dados pelas faixas coloridas de acordo com a relação de material. Seja rápido na sua soldagem.

e) Para soldar os capacitores eletrolíticos o Importante é seguir a sua posição de acordo com a polaridade. Veja bem os desenhos em ponte ou em placa. Os capacitores podem ser tanto do tipo com terminais paralelos como axiais.

f) Para o capacitor C5 tenha cuidado apenas com o calor do soldador, sendo rápido na soldagem.

g) Soldar P2 não oferece dificuldades. Posicione o componente e aplique a solda. Na versão em ponte de terminais será preciso abrir ligeiramente seus terminais e dobrá-los nas posições indicadas para que se ajustem aos pontos de solda. Na versão em placa, lembre-se que os furos para a passagem dos terminais deste componente devem ser largos.

h) Se sua versão for em ponte de terminais, faça as interligações usando pedaços curtos de fio comum. Os fios devem ser os mais curtos possíveis, para que oscilações e realimentações não venham prejudicar o funcionamento do aparelho.

O primeiro componente externo que deve ser ligado é P1 que precisa de muita atenção sua. Siga a ordem exata das ligações para que e!e não atue “ao contrário", ou seja, aumente a sensibilidade quando virarmos para esquerda. Se isso acontecer é porque o leitor inverteu os fios extremos deste componente. Os fios devem ser os mais curtos possíveis, segundo a posição que o potenciômetro ocupará na caixa. Corte antes o eixo no comprimento certo, se ele for comprido.

j) Para soldar o suporte de pilhas, o único cuidado a ser tomado é em relação a sua polaridade que deve ser obedecida. O fio preto é do polo negativo e o vermelho do polo positivo.

I) Solde depois o instrumento M1, Observando a polaridade marcada em seus terminais. Se não houver polaridade marcada, faça uma ligação de qualquer modo e depois na prova, se houver movimentação contrária dos ponteiros, inverta os fios. Use fios curtos de acordo com a posição do instrumento na caixa.

m) O jaque é optativo. Mas se o leitor o usar, que seja de acordo com o plugue do fone a disposição. Este fone deve ser de baixa impedância magnético comum. Os fios devem ser curtos.

n) Complete a montagem com a conexão do cabo do microfone, que deve ser blindado. Este fio, no máximo, deve ter metro, de acordo com a versão escolhida: fixo na caixa ou no refletor. Uma possibilidade consiste na utilização de um jaque adicional para conexão do microfone somente no momento de uso. Se este jaque for usado, cuidado com a polaridade das ligações.

Terminada a montagem, confira todas as conexões.

PROVA E USO

Ligue um rádio ou qualquer aparelho de som a médio volume. Coloque o sonômetro a uma distância de meio metro do seu alto--falante, como mostra a figura 11.

Figura 11 – Testando o aparelho

Coloque as pilhas no suporte do sonômetro e ligue o interruptor geral S1.

Abra vagarosamente o potenciômetro P1 para verificar a resposta do aparelho. Se a agulha no máximo de P1 não atingir o fundo de escala você deverá mexer em P2.

Do mesmo modo, se a agulha bater no fundo de escala, o ajuste deverá ser feito em P1.

O ajuste de P1 será feito de modo que, com um som que você determine ser o máximo, a agulha vá até o fundo da escala.

Use seu amplificador no máximo de volume e o sonômetro a 2 metros de distância para obter esta intensidade.

O capacitor C5 influi na velocidade de ação do ponteiro, isto é, na prontidão do sonômetro. Se o ponteiro tiver variações bruscas de indicação e isso não for conveniente na sua aplicação, basta aumentar o valor deste ,componente. Ele pode ser aumentado até 470 nF, sem problemas.

Se o aparelho não corresponder em sensibilidade, o primeiro componente que deve ser verificado é o transformador T1. Outro componente que pode influir na sensibilidade é o VU, se for do tipo de 1 mA em lugar de 200 ,uA como o exigido.

Para usar o aparelho basta ligá-lo e ajustar a sensibilidade conforme a aplicação desejada.

Ao fazer medidas comparativas, não se deve mexer nas duas medições no ajuste de sensibilidade. Ajusta-se na primeira para se obter uma leitura de meia escala, e depois faz-se a outra medida, sem mexer em P1 novamente.

Na figura 12 mostramos como fazer a determinação de uma fonte sonora ou ponto de reflexão.

Figura 12 – Usando na medida de reflexões

Ligue o aparelho de som e ajuste o potenciômetro P1 para obter uma leitura de meia escala. Vá depois movimentando o sonômetro em direção aos diversos pontos da sala e observe os movimentos da agulha.

Uma queda na leitura indica a presença de um objeto ou ponto de absorção de som. Uma subida representa um ponto de reflexão.

As provas podem ser feitas com a ajuda de um gerador de áudio, obtendo-se o comportamento em frequências diversas.