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PERGUNTAS/RESPOSTAS SOBRE A ENERGIA ELÉTRICA
1.a Parte


Elétrica                            

Jorge Knirsch

Introdução

Pesquisei muito, nos últimos anos a influência da energia elétrica sobre os nossos sistemas de áudio e vídeo e chegando, muitas vezes, a conclusões diversas a aquelas apresentadas por diversos fabricantes e principalmente pela mídia de forma geral. Inclusive no I Seminário de Música Ciência e Tecnologia, que na sua primeira edição apresentou o tema,  Acústica Musical, realizado no IME da USP, no ano passado, apresentamos a palestra “Os Harmônicos da Energia Elétrica no Áudio” onde mostramos de forma resumida algumas conclusões técnicas a que chegamos em nossas pesquisas, cujas realizações práticas, possíveis de serem visitadas e ouvidas em nosso Laboratório de Áudio e Acústica, trazem resultados impressionantes na reprodução sonora de eventos musicais gravados. Por outro lado, venho acompanhando vários sites e artigos pela Internet, a respeito de diversas discussões sobre o áudio e a energia elétrica, e tenho notado que, vez por outra, pareceres sobre assuntos de eletricidade e eletrônica, não estão relacionados com conceitos técnicos para a melhor reprodução do áudio e  do vídeo.
         Face ao marasmo de informações e contra-informações existente no mercado na área elétrica, gerando grande confusão no nosso meio, nos propomos a apresentar uma nova série de artigos, que irá abordar, de forma clara e bem didática (assim espero), com perguntas e respostas, a importância e a problemática da energia elétrica nas instalações de áudio e vídeo, inclusive para estúdios. Conclamo a todos os leitores a participarem ativamente e de forma cooperativa, formulando perguntas, sugestões e críticas que visem a melhorar o nível de entendimento do assunto e a torná-lo o mais abrangente possível. Que tal? Não é uma boa? Então, vamos lá! Mãos à obra!!

© 2004-2008 Jorge Bruno Fritz Knirsch
Todos os direitos reservados
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A Influência da Energia Elétrica

Pergunta: A energia elétrica influi mesmo no som e na imagem?

Resposta: Sim, ela influi e muitas vezes pode influir muito, mas a sua influência, no entanto, também poderá não ser perceptível dependendo do nível do sistema.

Pergunta: Como assim? Daria para explicar melhor?

Resposta: Todos os aparelhos eletrônicos, dentre eles os de áudio e também os de vídeo, são constituídos fundamentalmente por dois grandes elementos: fontes de alimentação, que trazem a energia necessária para o funcionamento do aparelho e os circuitos eletrônicos, que realizam as funções a que o equipamento se destina. Todos os circuitos eletrônicos funcionam com tensão contínua, que é obtida a partir das fontes de alimentação. Ou seja, a fonte de alimentação realiza a transformação da energia elétrica da rede, que vem pelo cabo de força, em tensão contínua, para alimentar os circuitos eletrônicos. Toda vez que melhoramos a energia elétrica, eliminando a sujeira nela contida, a tensão contínua gerada pela fonte de alimentação também melhora, porém, dependendo da topologia dos circuitos eletrônicos (que pode variar desde algo muito simples até uma topologia bastante sofisticada), esta melhoria poderá ou não ser detectada em termos de qualidade sonora ou de imagem. Se a topologia eletrônica for muito simples, a melhoria da energia poderá não fazer diferença alguma na imagem e no som, mas se a topologia for mais elaborada, poderá haver uma diferença gritante! Tudo depende onde está o elo mais fraco: nas fontes de alimentação ou nos circuitos eletrônicos. Se o elo mais fraco estiver nas fontes de alimentação a diferença sonora será muito grande.

Pergunta: Por que isto acontece?

Resposta: Quando a topologia do circuito eletrônico é muito simples, a limpeza da energia elétrica na verdade não traz melhoria no som e na imagem por causa de uma limitação do próprio circuito do aparelho. Ou seja, a topologia dos circuitos eletrônicos, quando pouco elaboradas, normalmente para manter custos baixos, se torna um fator de limitação àquilo que o aparelho poderia reproduzir. Em outras palavras é o elo mais fraco.  Assim sendo, por mais que a tensão contínua melhore, ela não possibilitará ao equipamento tocar um som ou reproduzir uma imagem que esteja além do nível de qualidade com o qual este aparelho foi projetado. O equipamento não poderá tocar mais do que os seus circuitos eletrônicos lhe permitem! Isto seria impossível!  

Pergunta: Existe algum parâmetro que indique a partir de quando a influência de uma energia elétrica limpa se inicia e se faz sentir no resultado sonoro e na imagem?

Resposta: Vamos tomar as cinco classes de equipamentos usadas pela revista alemã AUDIO: Referência, High-End, Classe de Ponta, Mid-Fi (Classe Superior) e Classe Mediana. Experimentalmente, poderemos verificar que somente a partir da Classe Superior será possível sentirmos alguma diferença, para melhor, com a melhoria da energia elétrica. Daí para frente, os efeitos da limpeza da energia ficam cada vez mais evidentes, sendo muito significativos na Classe de Referência. Esta lista de testes de equipamentos da AUDIO alemã considero uma das mais sérias que existem na atualidade na mídia internacional e pode ser abaixada por 2,30 Euros do site da revista: www.audio.de , onde esta lista se chama de “Bestenliste”. Realmente vale à pena, para termos uma orientação mais segura a respeito de equipamentos. 

Pergunta: Que diferenças poderão ser percebidas no som e na imagem?

Resposta: Bem, a influência sonora mais marcante é uma maior independência do som das caixas acústicas, quando corretamente posicionadas, ou seja, o palco sonoro aumenta e isso de forma impressionante, com o aumento de todos os seus itens, principalmente a profundidade! À medida que a sujeira da energia elétrica diminui, o palco sonoro aumenta, adquirindo uma melhor focagem e um recorte mais preciso. Na imagem, os negros ficam mais profundos, as cores mais vivas e o recorte da imagem também fica bem mais definido. 

Pergunta: Qualquer pessoa poderá perceber estas diferenças?

Resposta: Sim, qualquer pessoa poderá perceber nitidamente estas diferenças, contanto que o sistema de som e imagem seja da Classe Superior para cima e que se faça de fato uma correta limpeza na energia elétrica. Na audição, no nosso Laboratório de Áudio e Acústica, (veja no nosso site: Convite para Audições), dá a impressão de que um canal central está atuando, que porém não existe!!! Um bom sistema 2.0, com um bom tratamento acústico, pode reproduzir um sistema 5.1!

A Sujeira na Energia Elétrica 

Pergunta: Como poderemos limpar a energia elétrica?

Resposta: Bem, antes de tudo, precisamos saber o que suja a energia elétrica, para em seguida podermos limpá-la.
         A energia elétrica é constituída de uma corrente elétrica (elétrons, que vão e vêm, 60 vezes por segundo no nosso caso) e de uma tensão, dada pela concessionária de energia. Trocando em miúdos, para que estes conceitos possam ser entendidos por todos os nossos leitores, vamos fazer uma analogia entre um sistema hidráulico e um sistema elétrico, de corrente contínua.
         Se abrirmos completamente uma torneira em nossa casa, por exemplo, deixaremos a água passar livremente. O volume de água que irá sair por esta torneira vai depender da pressão da água, ou seja, da força com que essa água vai passar pelo cano. Analogamente, nos reportando ao sistema elétrico, a água da torneira corresponderia à corrente elétrica e a pressão que a água estaria exercendo sobre o cano, ao passar por ele, a tensão.
         A tensão da energia de cada região é dada em volts pela concessionária de energia elétrica de cada local. Ela consta da sua conta de luz com valores máximo e mínimo, ou seja, a tolerância da tensão. O importante é entender que, na rede elétrica de 220 V, por exemplo, a energia vem com o dobro de pressão, se comparada com a rede de 110 V. Um choque elétrico na rede de 220 V vai ser muito mais forte e perigoso!
         Vamos voltar ao problema da sujeira da rede. O que faz a rede ficar suja? Vejamos: um aparelho, para funcionar, vai solicitar uma determinada quantidade de elétrons da corrente elétrica num certo espaço de tempo. Acontece que, neste processo, este aparelho acaba lançando de volta, na rede elétrica, uma pequena parte da energia que ele absorveu. Quem sabe, você possa entender isto melhor, visualizando, por exemplo, as ondas do mar se quebrando numa praia. Que paisagem bonita, não é? Você já deve ter apreciado este fenômeno algumas vezes. Mas já reparou que, em certos dias, as ondas ficam maiores e se rebentam com mais força e aí, muitas vezes, podemos observar que uma parte da energia destas ondas não consegue ser absorvida pela praia e volta para o mar, formando aquela marola de ondinhas, em direção contrária, se afastando da praia? Estas ondinhas da marola corresponderiam, no caso da eletricidade, à sujeira da rede, chamada de harmônicos, que existe tanto em corrente quanto em tensão. Talvez este não seja o melhor exemplo, mas vamos dizer que seria algo mais ou menos assim que acontece com a eletricidade. Estamos simplificando muito, para que você possa “visualizar” o que acontece no campo da eletricidade e comece a se envolver com ele, pois é fascinante! Concordo que a simplificação aqui é grande, mas isto é proposital. Não estamos, por exemplo, mencionando a atuação dos campos de força, para não complicar, pois aqui não viria ao caso.
         Vamos em frente! Tanto a corrente elétrica, quanto a tensão da rede, em caso ideal, são representadas na eletricidade por ondas senoidais. Estas ondas mostram o ir e vir da corrente e também o sentido e o valor da tensão aplicada ao aparelho que estamos considerando no momento. Veja isto na Figura 2. 


Figura 2 –  Ondas senoidais da corrente e da tensão da energia elétrica limpas de harmônicos.
 

Em linguagem elétrica, qualquer aparelho, desde que esteja consumindo energia da rede, é considerado como uma “carga” (no nosso exemplo, a praia corresponderia a uma carga, pois estaria recebendo a energia das ondas do mar e com ela triturando conchas, pedras, etc, produzindo a areia, não é mesmo?). A grande maioria das “cargas” residenciais (como geladeiras, máquinas de lavar roupa, aquecedores, microcomputadores,etc) e também a maioria das “cargas” industriais (como tornos, inversores, conversores, fresadoras, plainas, serras, máquinas com controles numéricos, etc) contém motores, indutores, capacitores, resistores, lâmpadas, componentes eletrônicos não lineares (como tiristores ou triacs) e muitos outros componentes elétricos que, para funcionar, além de consumir energia, sujam a rede elétrica em maior ou em menor grau (da mesma forma que as ondinhas da marola o fazem, voltando mar adentro). Isto é inevitável. Estes aparelhos, ao funcionar, geram novas tensões, em valores mais baixos que o da tensão inicial e, como são de freqüências mais altas, retornam pela rede, sujando a energia elétrica. E a energia, agora suja, continua seguindo em frente, pelos cabos, para abastecer as próximas cargas. Vocês estão percebendo que até os nossos amplificadores de potência são cargas e que, portanto, também sujam a energia elétrica?
         Concluindo, são os componentes elétricos das cargas que, quando alimentados com energia elétrica, lançam sujeira na rede, em maior ou menor grau. A esta sujeira, criada por cada uma destas cargas, nós chamamos de harmônicos. Cada carga gera um conjunto de harmônicos e estes podem identificar a carga de onde saíram. Os harmônicos são ondas senoidais, também em corrente e tensão, com freqüências múltiplas, normalmente ímpares da freqüência da rede. A soma destas novas e indesejáveis freqüências com a fundamental desconfigura as ondas senoidais de tensão e corrente da rede elétrica, como mostra a Figura 3. 

Pergunta: Mas isto é muito complicado! Você está afirmando que o nosso equipamento também cria sujeira?

Resposta: Exatamente. O nosso equipamento também cria sujeira, lançando harmônicos na rede elétrica, que vão contaminar nossos outros aparelhos do sistema e as instalações à volta. Pode-se dizer que o harmônico está para o eletricista como a erva daninha está para o jardineiro e para o paisagista. O harmônico é o maior problema existente na alimentação de equipamentos e é de difícil solução! No Brasil, então, este problema está tomando um vulto assustador! 


Figura 3 – As ondas senoidais de tensão e corrente da energia elétrica sujas por harmônicos 

Pergunta: De forma geral, que área cria mais harmônicos, a residencial ou a industrial?

Resposta: Sem dúvida alguma é a área industrial, onde os equipamentos pesados acabam infestando a nossa rede elétrica com harmônicos. 

Pergunta: Existe algum controle sobre estes harmônicos da rede?

Resposta: Existe sim, mas apenas nos países de primeiro mundo. Aqui no Brasil, em particular, há um projeto de norma que, no entanto, ainda não foi aprovado. O problema é que, entre nós, nenhum controle tem sido feito! Imaginem como anda a nossa rede! Lá fora, sim, na entrada de energia de cada indústria, se mede quanta sujeira cada uma delas está lançando na rede. E, caso os valores dos harmônicos estejam acima da norma, se a indústria em questão não providenciar os filtros necessários para abaixar rapidamente esses níveis que ultrapassam o permitido, ela sofre penalidades! 

Pergunta: O que estes harmônicos causam no som e na imagem? O que piora?

Resposta: No som, eles fazem com que o acontecimento musical se concentre exclusivamente nas caixas, ou seja, o som passa a sair das caixas e o palco sonoro nem aparece, simplesmente inexiste! Na imagem, as cores não se distinguem tão bem umas das outras, o negro fica mais claro e o contraste diminui. Um outro problema, que os altos níveis de harmônicos podem criar, é que os equipamentos passam a funcionar com uma temperatura mais alta, ou seja, passam a esquentar mais do que esquentariam se estivessem recebendo uma energia elétrica limpa, e com isto sofrem uma considerável redução da vida útil.  

Pergunta: Como é que estes harmônicos passam através da fonte de alimentação dos aparelhos e aparecem na tensão contínua que vai alimentar os circuitos eletrônicos? A tensão contínua não é pura?

Resposta: Quanto mais simples for a fonte de alimentação dos aparelhos, menos harmônicos ela conseguirá filtrar e mais harmônicos aparecerão no circuito eletrônico e, por conseqüência, também nas caixas acústicas ou na imagem. Mesmo nos aparelhos mais sofisticados, a filtragem dos harmônicos não é completa. Sempre passa algum resquício destes harmônicos, mesmo em fontes de alimentação reguladas e isto se torna audível no som ou visível na imagem. Os harmônicos de freqüência mais baixa são os mais difíceis de serem retirados. O harmônico mais baixo que existe é o de terceira harmônica, na freqüência de 180Hz (3X60Hz=180Hz). Acontece que as fontes de alimentação geralmente são projetadas para filtrarem 120Hz (o dobro da freqüência da rede) e conseguem filtrar uma parte dos 180Hz, mas infelizmente muito ainda passa. Após a terceira harmônica, as mais difíceis de serem filtradas são a quinta (300Hz), a nona (540Hz) e a décima primeira (660Hz) e a maioria dos aparelhos de filtragem não consegue retirá-las. 

Pergunta: E a questão dos raios e transientes?

Resposta: Os raios são fenômenos atmosféricos que influem na rede elétrica, mesmo quando caem apenas perto dos fios elétricos da concessionária, sem necessariamente terem que incidir diretamente sobre a rede. Causam picos de tensão chamados transientes que, vindo pelos fios, via de regra,  queimam os aparelhos. São fenômenos aleatórios, muito prejudiciais aos nossos equipamentos e, portanto, precisamos nos defender deles, introduzindo nos nossos sistemas elementos de proteção. Porém, é preciso escolher com muito critério e cuidado o aparelho de proteção que vamos utilizar, pois a maioria deles tem um efeito bastante negativo: prejudicam o som e a imagem... dureza, não?! E o pior é que muitos deles só agüentam o primeiro tranco e, no próximo, os seus equipamentos também se queimam! 

Conclusão

Começamos aqui a série de perguntas e respostas sobre a problemática da energia elétrica no áudio e no vídeo, com as questões mais básicas. Nos próximos artigos espero contar com a colaboração de todos, tudo bem? Tragam suas perguntas sobre energia elétrica, pois teremos prazer em respondê-las! Nosso e-mail é: jorgeknirsch@byknirsch.com.br  Em paralelo, vou procurar incluir as principais perguntas que tenho visto nos sites e nas cartas dos leitores de várias publicações, por aí afora.
         Desejo a todos vocês aquela energia de qualidade, desprovida de harmônicos e de transientes, para que possam desfrutar de um som prazeroso e de uma imagem bastante convidativa, com excelente palco!

 

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