Como usar osciloscópio em áudio?

rmlazzari58 · 2 de agosto

Pessoal, o osciloscópio em questão é um DSO153 (desse aqui, clique) que mesmo tendo apenas um canal, parece servir para análise das senoidais de áudio, algo entre 20Hz e 20.000Hz.

O limite para tensão desse aparelho é de 800vca pico a pico.

Eu já ia usá-lo para medir a tensão de uma determinada frequência quando encontrei esse tutorial aqui (clique) para montar uma carga fantasma, para substituir o alto falante.

O circuito final desse tutorial é:

Vou criar, com o Audacity, uns arquivos de som WAV com algumas frequências, acho que 50Hz, 100Hz, 250Hz, 400Hz, 1kHz, 2kHz, 5kHz, 7kHz, 20kHz, tocar esses arquivos em diferentes "players" (leitor de USB, a partir do próprio HD de um PC ou de um note, Bluetooth a partir de um celular, etc...), sempre com o volume no máximo.

E antes de ver esse "dummy load" eu já ia conectar o osciloscópio direto nos pontos por onde o sinal sai. Por exemplo, na saída do PC para caixas acústicas, na saída do amplificador para os alto falantes etc., mas agora estou em dúvida:

- a carga na saída, seja ela alto falantes ou esses resistores, não altera a leitura do sinal, no osciloscópio? Esse osciloscópio já não seria carga suficiente?

- a saída do áudio pode ser conectada direto na ponta do osciloscópio OU devo conectar o osciloscópio em paralelo com alguma carga?

- caso eu queira saber a tensão de saída do note ou do PC, poderia (precisaria) criar uma carga fantasma, digamos, uns resistores de 16Ω/1 ou 2w e conectar o osciloscópio em paralelo a essa carga OU, já que o osciloscópio diz que "guenta" até 800v pico a pico, poderia conectá-lo direto, nos terminais de um P2 inserido ali?

- e no caso de haver um pré-amplificador entre a saída do PC e a entrada do amplificador? Teria que por uma carga fantasma lá no fim do circuito todo e ir medindo ponto a ponto, por exemplo, entrada do pré, entrada do amp e saída do amp, OU poderia apenas desconectar o alto falante (para não incomodar o vizinho, rs...), tocar o WAV e ir medindo nesses pontos?

O objetivo final é ter uma tabela indicando as tensões de saída de vários "players" (uma plaquinha receptora de BT, um CD/DVD player, o PC, o note, a saída para fone de um celular, a saída de uma cápsula fonocaptora de vitrola etc.) para evitar saturação e clipe da onda mas também para evitar que o som final, no alto falante, fique muito baixo.

Renato.88 · 4 de agosto

Em 02/08/2024 às 18:11, rmlazzari58 disse:

a carga na saída, seja ela alto falantes ou esses resistores, não altera a leitura do sinal, no osciloscópio?

Num amplificador de boa qualidade a carga, seja o alto falante ou um resistor de teste não deve alterar o sinal, talvez diminua um pouco o volume, mas até aí é normal.

E o ideal é testar com carga mesmo, pois é assim que se usa o aparelho. Há de concordar que ninguém vai deixar um amplificador ligado sem alto falante.

Em 02/08/2024 às 18:11, rmlazzari58 disse:

e no caso de haver um pré-amplificador entre a saída do PC e a entrada do amplificador? Teria que por uma carga fantasma lá no fim do circuito todo e ir medindo ponto a ponto, por exemplo, entrada do pré, entrada do amp e saída do amp, OU poderia apenas desconectar o alto falante (para não incomodar o vizinho, rs...), tocar o WAV e ir medindo nesses pontos?

Nesses casos não se usa carga nenhuma, é só pra medir mesmo.

Tendo alto falante ou não na saída, na parte do pré não faz diferença.

Em 02/08/2024 às 18:11, rmlazzari58 disse:

Esse osciloscópio já não seria carga suficiente?

O osciloscópio não deve consumir nada do aparelho, é a mesma coisa do multímetro. Tem resistores de alto valor na entrada e um circuito sensível para captar sinais de corrente baixa em certos aparelhos.

Assim como num multímetro, o fabricante te indica até 800V pra não aquecer os resistores da entrada ou então enviar picos de tensão ao circuito de alta impedância.

Em 02/08/2024 às 18:11, rmlazzari58 disse:

O objetivo final é ter uma tabela indicando as tensões de saída de vários "players" (uma plaquinha receptora de BT, um CD/DVD player, o PC, o note, a saída para fone de um celular, a saída de uma cápsula fonocaptora de vitrola etc.) para evitar saturação e clipe da onda mas também para evitar que o som final, no alto falante, fique muito baixo.

Antigamente, como tinha muitos aparelhos distintos, de diferentes marcas os fabricantes deixavam a coisa meio livre.

Com o volume bem amplo para ser regulado de acordo com as várias fontes de sinal que poderiam ser usadas.

É por isso que em muitos receivers antigos se coloca um pouco mais de meio volume e já está distorcendo o som.

O fabricante previa que poderia ligar um tape deck ou toca discos de outra marca que vinham com som mais baixo.

Alguns amplificadores vinham até com uma chavinha na traseira pra mudar a impedância da cápsula do toca discos.

Os equalizadores também faziam parte de tudo isso, pois principalmente fitas davam diferença no som.

rmlazzari58 · 4 de agosto

Tinha esquecido dos toca fitas, vou ver se arranjo algum, prá testar. Nesse caso eu gravaria o WAV de 1kHz na fita e testaria direto na cabeça de leitura-gravação.

E agora lembrei dos rádios... dei uma xeretada em "circuito diy transmissor de fm", acho que vai dar jogo, também. Quem sabe consigo fazer uma tabela que sirva de guia por aí?

Gratíssimo, mestre Xará!

Renato.88 · 4 de agosto

Olha, nesses dois casos que citou agora o teste não é muito válido.

Pois há como controlar o volume antes.

aphawk · 4 de agosto

16 horas atrás, Renato.88 disse:

Antigamente, como tinha muitos aparelhos distintos, de diferentes marcas os fabricantes deixavam a coisa meio livre.

Não era assim livre não...

Existiam normas que definiram níveis de entrada , e os potenciometros de volume dos amplificadores eram montados para se ter a potência nominal na saída como 70% do giro máximo do mesmo. Este ponto era considerado como 0 dB ( em relação a potência de saída claro ), e era feita uma escala em dB tanto abaixo desse ponto como acima, mesmo sendo o sinal altamente distorcido.

Isso dava uma referência visual ao nível de volume esperado nas caixas .

O problema era que essas normas começaram a ser desrespeitadas em nome do "mercado de consumo", e surgiram amplificadores com muito mais ganho do que deveriam ter, e com um sinal bem abaixo do máximo previsto a saída já atingia alta potência, e ficava aquela impressão de com apenas 40% da rotação do potenciômetro jä tinha um som perto do volume máximo, e muitos aproveitavam isso e falavam que o amplificador era mais potente por causa disso kkkkk, mas se percebia pelo ruido de 60hz acentuado pelo excesso de ganho, o famoso tuuuummmm kkkkk.

Quanto às cápsulas dos toca-discos, alguns fabricantes adotaram mesmo uma seleção de impedância, mas como o sinal tinha baixíssimo volume era muito difícil acrescentar uma simples chave sem aumentar o ruido, e logo desistiram.

Os equalizadores foram feitos para sanar alguma anomalia no espectro de frequencias, para isso era ligado na entrada do prė-amplificador um gerador de ruido branco, o controle de tonalidade ficava no meio dia, o loudness era desligado, e se abria a potência do amplificador para cerca de metade da potência.

Em um ponto da sala, escolhido por ser o ponto de escuta do som, se colocava um microfone de altíssima qualidade, e o sinal desse microfone ia para um analisador de espectro.

Em teoria, a curva deveria ser plana até cerca de 20 Khz; se não era, o equalizador era introduzido entre o pré e o amplificador, e corrigia essa curva, apenas para que a saída ficasse plana.

A partir desse ponto, não se deveria mais mexer no equalizador, apenas se ligava o loudness e se corrigia nos controles de tonalidade , quase sempre apenas graves e agudos, e raramente com médios tambėm...

Como nem todos tinham uma aparelhagem completa para isso, ficou "normal" fazerem do equalizador o seu principal controle de tonalidade, muitas vezes introduzindo distorções no som original para agradar os ouvidos de cada um.

Enfim, os novos tempos såo estes....

rmlazzari58 · 7 de agosto

Fiz uma versão "gambiarra de pobre", com umas resistências de chuveiro.

Esquentam bem mas como é para ficar segundos ligado, até vai...

Funcionou direitinho.

Como curiosidade, as ondas produzidas por amplificadores desses classe D são horrorosas. O osciloscópio até mostra os 1kHz mas tudo serrilhado, mesmo alimentando-os com fonte linear. Com fonte chaveada piora a olhos vistos! Testei PAM8403, 8406, 8610, TPA3110 e 3116D2, e todos eles fazem mais ou menos a mesma coisa. Não é à toa que o ouvido perceba que falta alguma coisa, alguma qualidade...

O sinal que estou usando é o da saída do PC e do note, ambos com a senoide bem bonita, sem "serrilhados", e de mais ou menos 1,6v RMS. Encontrei um disco velho, "Elektra Playback System calibration record", num sebo, bem cuidado, e testei, sem amplificar, a cápsula fonográfica de cerâmica e, em 1Khz, deu o que era esperado, mesmo, mais ou menos 350mV.

Hoje vou testar um pré feito com OPA2134 (esse aqui, exceto pela fonte que aqui é simétrica mesmo) e um LM3886 (classe AB). Vamos ver no que dá...

aphawk · 7 de agosto

@rmlazzari58 ,

Um bom amplificador classe D sempre terá na saída um sinal sobreposto acima de 200 Khz.

Esse sinal não atrapalha em nada a audição, pois nosso ouvido mal chega a 20 Khz.

Hoje eu uso 4 módulos com IRS2092s, todos em classe D, e uma baita fonte chaveada feita especificamente para alimentar esses módulos.

Os transistores de saída såo os recomendados pelo fabricante, e o som é muito bom.

Mas se eu colocar um osciloscópio, våo aparecer sinais serrilhados sem nenhuma dúvida, mas com distorcão harmônica total abaixo de 0.05% mesmo em volume considerável.

Antes de você julgar pela forma de onda, sugiro você fazer algumas medições, como distorção THD, ruído, resposta em frequência, damping, e se estiver tudo ok, um teste sonoro com excelentes caixas acústicas.

Existem circuitos com TPA de excelente qualidade, usados em vários home-theather, mas esses que você testou eu realmente não escutei e nem testei nenhum deles...

rmlazzari58 · 8 de agosto

Nos datasheets dos

Em 07/08/2024 às 10:32, rmlazzari58 disse:

PAM8403, 8406, 8610, TPA3110 e 3116D2

está confesso um THD+N de 10% para alimentação máxima de cada um, em sua potência máxima. Ou seja, já é esperada uma distorção altíssima...

Já esse que você usa, IRS2092, diz que a THD+N é de 0,01% a 50w/4Ω em 1kHz, o que é bem aceitável. Mas veja, caro: 50w são 10% da potência que ele promete (500w), usando mosfets IRF6645 na saída.

Ainda não osciloscopizei o LM3886, aqui... assim que osciloscopizar, trago...

("Encontrei um ninho de osciloscópios cheio de osciloscópiozinhos, quem os desosciloscopizar, bom desosciloscopizador será, rs...")

Renato.88 · 8 de agosto

1 hora atrás, rmlazzari58 disse:

Já esse que você usa, IRS2092, diz que a THD+N é de 0,01% a 50w/4Ω em 1kHz, o que é bem aceitável. Mas veja, caro: 50w são 10% da potência que ele promete (500w), usando mosfets IRF6645 na saída.

A ideia é essa mesmo.

Em qualquer coisa, não somente em som.

Você ter potência de sobra, terá qualidade.

50W de som em alto falante de qualidade numa sala já deixa o cara surdo.

Meu som por exemplo, é classe AB. Fiz ele pra 100W em 4R, mas só uso uns 20W no máximo dele. Mais volume que isso já incomoda, pra aumentar mais só seu eu estiver fazendo festa.

aphawk · 9 de agosto

12 horas atrás, rmlazzari58 disse:

Já esse que você usa, IRS2092, diz que a THD+N é de 0,01% a 50w/4Ω em 1kHz, o que é bem aceitável. Mas veja, caro: 50w são 10% da potência que ele promete (500w), usando mosfets IRF6645 na saída.

Sugiro que você pesquise um pouco mais :

https://www.infineon.com/cms/en/product/evaluation-boards/iraudamp7s/

0.01% com 120W, para um projeto de 250W , é algo muito bem aceitável. A vantagem do 2092S é a sua versatilidade no projeto, que permite reduzir bastante a distorção usando componentes mais adequados.

Lembrando que esse CI jä tem mais de 15 anos de idade, com certeza existe coisa melhor hoje, apenas aguardando por um bom engenheiro projetista com conhecimento para utilizar todo o potencial oferecido.

Como disse o

11 horas atrás, Renato.88 disse:

Você ter potência de sobra, terá qualidade.

50W de som em alto falante de qualidade numa sala já deixa o cara surdo.

Reparou que eu disse ter 4 módulos com IRS2092S ?

Todos são de 250w RMS, estéreo, sendo cada módulo respectivamente para graves, médios e agudos, e o último alimenta o subwoofer em bridge.

A finalidade é justamente trabalhar longe dos 250W possïveis, tendo uma excelente qualidade sonora.

Você pode estranhar ter 1000w possíveis para escutar menos de 100W, mas eu sempre gostei desse mėtodo, até no meu carro eu uso esse mesmo conceito, com 4 amplificadores classe D alimentando as 4 portas do carro, mais uma tampa traseira e um bom subwoofer, para poder curtir um som que eu realmente goste de escutar.

Quanto ao THD máximo possível de qualquer amplificador, sempre você vai encontrar valores altíssimos como esses 10% que você citou, mas isso é simplesmente uma medida, não significa que você consiga escutar por mais que alguns segundos uma música tåo distorcida.

Curioso foi ver você usar o termo "confesso" para uma medida que é präticamente padrão de todo amplificador. Na prática o que se faz é ir aumentando o volume até que se atinja essa distorção, e mede-se qual a potência na saida. É um procedimento universal

Mesmo que informem uma THD menor que isso, acredite que se você chegar perto dos limites mäximos de alimentação e de corrente você vai encontrar valores ainda maiores, basta usar uma fonte de alimentação com poucos capacitores de filtragem, ou um transformador de baixa qualidade, e vai ver coisa ainda pior...

rmlazzari58 · 9 de agosto

Grato pela sugestão, caríssimo. Na verdade trouxe esse

46 minutos atrás, aphawk disse:

THD+N é de 0,01% a 50w/4Ω em 1kHz

justamente de uma pesquisa aqui:

https://www.infineon.com/dgdl/irs2092.pdf?fileId=5546d462533600a401535675f1be2790

E faz sentido. THD+N de 0,01% @ 50w, 4Ω se fosse para 500w. Como são 1000w, esse THD+N em 100w tá dentro.

O "confesso", confesso, foi uma brincadeira em cima da informação da própria Infineon. A 1/10 da potência máxima prometida, todos os amps que conheço prevêem esses 0,01%, mesmo...

Interrogatório ao fabricante:

- Quantos watts você entrega na saída?

- 500w!

- E a distorção?

- 0,01%!

- Hein? Nos 500w?!

- Bem... confesso, é 0,01% nos 50w...

Agora, esse seu "setup", aí... parabéns, hein? "Monster"!

aphawk · 10 de agosto

@rmlazzari58 ,

Reparou nisto :

"Product Description : 250 W x 2 channels, (THD=1%, 1kHz, 4 Ohms). 0.01% THD+N distortion @ 120W, 4 Ohms. Residual noise 200 µV, IHF-A weighted, AES-17 filter. Single layer PCB. OCP, OVP, UVP, DC protection and OTP. Half bridge/ full bridge selector. Featuring IRS2092S Gate Driver IC and IRFI4019H-117P MOSFETs."

Ou seja, com 250W RMS temos 1% de THD.....

Hoje, temos os TPA3255 , que na configuração BTL conseguem superar os IRS2092S tanto em qualidade como em potência !

Mas para isso existem muitos truques na sua confecção, ou seja, não é comprando um simples módulo no Aliexpress, precisa usar componentes selecionados !

Quem quer trilhar o caminho do áudio HIFI precisa ser muito bem antenado, e ter pelo conhecimento dos fundamentos envolvidos.