A eletrônica de áudio é um setor que se refere ao projeto de circuito que converte som em sinais elétricos ou sinais elétricos novamente em som. Juntos, vários circuitos formam um sistema de áudio.
Um sistema de áudio possui diversas funções e, normalmente, pode:
- Receba sinais de áudio (através de um microfone)
- Grave e salve áudio
- Transmitir áudio (através de canais de comunicação com ou sem fio)
- Reproduzir sinais de áudio (através de alto-falantes)
Os circuitos de áudio são os que realizam o processamento do sinal do som na forma de sinais elétricos. Esses circuitos também podem manipular os sinais elétricos (áudio), por meio de filtragem, mixagem, amplificação ou reprodução do som dos sinais. Tal os processos são executados por diferentes circuitos ou dispositivos.
Nesta série, projetaremos três circuitos de áudio do seguinte modo:
1. Cruzamento de áudio
2. Equalizador de áudio
3. Misturador de áudio
O crossover e o equalizador de áudio são dois tipos diferentes de filtros de áudio, que são um dos blocos básicos de construção de um sistema de áudio.
Sistema de áudio típico
Antes de discutir os componentes básicos de um sistema de áudio, é importante compreender a física por trás do som. Afinal, os circuitos desenhados para este projeto manipulam tecnicamente sinais elétricos para representar o áudio.
Soam como ondas
Um som é uma forma de energia, assim como o calor, a luz e eletricidade são formas de energia. Os sons são produzidos, propagados e detectados como vibrações. Como tal, conclui-se que para a produção de ondas sonoras é necessária uma fonte para produzir a vibração. Uma vez produzida, uma vibração irá perturbar quaisquer partículas que estejam presentes no ambiente circundante – e estas partículas perturbarão ainda mais quaisquer outras que estejam próximas.
Pode ser mais fácil visualizar essas vibrações como uma onda. Uma onda analógica é produzida pela compressão e rarefação das partículas. Tecnicamente, é esta compressão e rarefação que cria uma onda de pressão, que é o som. Em outras palavras, um som é uma onda de pressão caracterizada pelas propriedades de amplitude, frequência e período de tempo semelhantes a formas de onda.
Soa como uma onda de pressão
O sentido da audição é a capacidade de detectar e reconhecer ondas sonoras. A percepção do som por humanos e animais é determinada pela faixa de frequências com as quais estão sintonizados. Cada criatura viva tem uma percepção sonora diferente. Por exemplo, os humanos podem ouvir frequências sonoras na faixa de 20 Hz a 20 kHz.
Nível de pressão sonora
As propriedades físicas do som são quantificadas por um nível de pressão sonora. É a medida da pressão sonora em referência ao nível mínimo que o ser humano pode ouvir. A pressão sonora é expressa em micropascais (µPa) ou pascal (Pa), enquanto o nível de pressão sonora é expresso em decibéis (dB).
Pressão sonora
A pressão sonora é a força (em Newton) sobre uma área de superfície (m2) perpendicular à direção do som. A unidade de pressão sonora é N/m2 ou Pa (pascal). A pressão sonora mais baixa audível por humanos é de 20 µPa e a pressão sonora máxima percebida por humanos (que também é chamada de limiar de dor) é de 20 Pa.
O nível de pressão sonora é geralmente expresso em Db e é calculado da seguinte forma:
Lp = 10log(P2/P2ref)
Onde…
Lp= nível de pressão sonora
P = pressão sonora (Pa)
Pref = pressão sonora de referência, 20 micro Pa
A recepção de ondas sonoras pelos ouvidos humanos
Características de uma onda sonora
Uma onda sonora tem três propriedades básicas:
1. Tom
2. Volume
3. Tom
1. Argumento
A altura é a percepção individual do som, que não pode ser medida por nenhuma equação matemática. Em vez disso, é determinado pela rapidez com que uma onda sonora faz vibrar as partículas de ar. É expresso como a frequência de uma onda sonora e representado pela compressão e rarefação das partículas de ar. Portanto, a frequência de uma onda de pressão representa fisicamente a rapidez com que ocorre a compressão e rarefação dessas partículas. estão acontecendo.
Embora um tom seja normalmente descrito pela frequência de uma onda sonora específica, ele não está diretamente relacionado à frequência. A frequência é simplesmente a propriedade física da vibração do áudio usada para determinar a altura de um som.
A frequência de uma onda pode ser determinada por esta equação:
Frequência = 1/Tempo
A frequência e o período de tempo de uma onda têm uma relação inversa. Por exemplo, à medida que o período de tempo aumenta, a frequência diminui e vice-versa.
Isso significa que a frequência da onda sonora expressa indiretamente sua altura. Frequência é o número de ondas em um determinado período de tempo. O período pode ser de um segundo, um minuto ou uma hora.
A unidade de frequência padrão (ISI) é Hertz (Hz). O Hertz é definido como o número de ciclos por segundo. Se houver 50 ciclos em um segundo, por exemplo, a frequência será 50 Hz.
Como o ser humano pode ouvir sons de 20 Hz a 20 kHz, este espectro de frequência é dividido em diferentes faixas de frequência:
- Sub-baixo: 20 a 60 Hz
- Baixo: 60 a 250Hz
- Médio baixo: 250 a 500Hz
- Intervalo médio: 500 a 2 kHz
- Intervalo médio superior: 2 a 4 kHz
- Presença: 4 a 6 kHz
- Brilho: 6 a 20 kHz
Uma onda de alta frequência tem um tom mais alto e uma onda de baixa frequência tem um tom mais baixo. Considere o som do chilrear dos pássaros (tom alto) em comparação com o som de um cachorro latindo (tom baixo).
A frequência sonora de um tom
2. Volume
Loudness é a sensação auditiva que se refere à ordem de um som onda de baixo para alto. Loudness é propriedade das ondas sonoras e está relacionada à sua amplitude. Quanto maior for a amplitude, mais alto será o som e vice-versa.
A amplitude de uma onda sonora é definida pela vibração da fonte. A fonte transfere a energia para um meio por meio de vibração. Uma vibração energética maior gera uma amplitude maior.
Loudness representado pela amplitude de uma onda sonora
Para os humanos, a intensidade de um som também depende da sensibilidade dos seus ouvidos. Como os humanos são sensíveis a certas frequências, o volume depende da amplitude da onda sonora e a frequência dentro de uma faixa de percepção de áudio percebida.
A energia de uma onda sonora é proporcional ao quadrado da amplitude. Assim, quanto maior a amplitude, mais alto será o som e mais energia ele carrega.
Representação do volume com base nas amplitudes das ondas sonoras
3. Qualidade
Um tom puro é o som gerado por apenas uma frequência. Numa onda sonora, existem vários tons ou notas de frequência, mas a nota fundamental (fo) tem a amplitude mais alta, por isso pode ser ouvida facilmente. A nota fundamental é a frequência com que vibra uma onda inteira.
As notas de frequência, que são múltiplos inteiros perfeitos de uma nota fundamental, são chamadas de sobretons ou harmônicos. A onda sonora é uma combinação de notas fundamentais e harmônicos.
A presença de sobretons ou harmônicos distorce o som e sua percepção, e isso é chamado de distorção harmônica. A nota fundamental e os harmônicos possuem amplitudes e níveis de energia diferentes. Quanto menor a amplitude dos harmônicos e quanto menor a energia de todos os harmônicos combinados, maior será a qualidade do som.
Portanto, a amplitude ou energia das frequências harmônicas — como 2fo, 3fo, 4fo, etc. — comparada à energia da frequência fundamental, determina a qualidade da onda sonora.
No próximo tutorial, abordaremos as ondas acústicas, que são um tipo de onda sonora.