Que tal montar o seu próprio equalizador de áudio para grave e agudo?
Este post apresenta um circuito analógico com 2 filtros ativos de segunda ordem para filtrar frequências baixas e altas de um sinal. O circuito foi desenvolvido e simulado com o software EWB 5.0 Eletronics Workbench.
A Figura 1 mostra o diagrama do circuito. Ele possui um circuito integrado (CI) LM324, um Amplificador Operacional Quádruplo, ou seja, 4 Amp Ops (AO) em um único chip. Os AO são alimentados neste circuito com uma fonte de tensão simétrica, ou seja, com 2 alimentações: +12 Vcc e -12Vcc.
O primeiro AO está montado com a configuração de buffer para fornecer uma alta impedância de entrada para o sinal.
O segundo AO constitui um filtro passa baixa (LPF) ativo de segunda ordem. Esta etapa é responsável pelo ajuste dos tons agudos do nosso equalizador de áudio a partir de um potenciômetro duplo de 50 kohms.
O terceiro AO está configurado como um filtro passa alta (HPF) ativo de segunda ordem. Ele faz o ajuste dos tons graves do equalizador, também utiliza um potenciômetro duplo de 50 kohms.
Figura 1 - Diagrama do circuito do filtro de segunda ordem.
Filtro é um circuito eletrônico utilizado para filtrar um sinal elétrico retirando as faixas de frequências indesejadas. São utilizados por exemplo, para limpar um sinal amostrado retirando os ruídos elétricos presentes. Em áudio os filtros são amplamente utilizados para os controles de grave e agudo.
Os filtros ainda podem ser do tipo analógico, com componentes discretos, ou digitais, implementados por algoritmos executados tipicamente por DSPs (Processador Digital de Sinais)
O termo "ativo" refere-se ao fato das etapas do filtro possuírem componentes ativos (o AO neste caso) e não apenas as etapas dos circuitos RC, com capacitor e resistor. Com o AO é possível configurar um "ganho" para o sinal de entrada ao passar pela etapa de filtragem. Os filtros "passivos" são construídos apenas com pares de resistores e capacitores (circuito RC).
A frequência de corte do filtro é definida pela equação: fc = 1 / (2pi * R*C).
Diz-se "segunda ordem", pois para cada AO temos 2 etapas com circuitos RC, isto permite uma melhor filtragem da frequência do sinal de entrada, isto quer dizer que o sinal indesejado (o que se quer filtrar/anular/cancelar/retirar) terá uma melhor atenuação. A diminuição da intensidade do sinal após passar pela frequência de corte do filtro será mais acentuada/brusca quanto maior for a ordem do filtro. Um filtro de segunda ordem é melhor do que um filtro de primeira ordem.
Dois instrumentos de medição podem ser vistos no diagrama da Figura 1, na parte superior. O da direita é um osciloscópio, utilizado para visualizar a amplitude do sinal de entrada (linha azul) e saída (linha vermelha) de áudio no domínio do tempo. O da esquerda é um Bode Plotter, usado aqui para avaliar o funcionamento do filtro. Com ele é possível visualizar a amplitude do sinal variando em função da frequência.
A Figura 2 mostra o conjunto de geradores de ondas senoidais de diferentes frequências utilizados para a simulação/testes do circuito do equalizador de grave e agudo:
- 10 mV/100 Hz;
- 10 mV/1 kHz;
- 10 mV/5 kHz;
- 10 mV/10 kHz;
- 10 mV/20 kHz.
Para o caso de áudio (música) a frequência audível pelo ouvido humano está compreendida entre 20 Hz e 20 kHz.
Figura 2 - Geradores de sinais utilizados para a simulação.
As Figuras a seguir apresentam os resultados dos testes da simulação do circuito do filtro alterando a posição do cursor dos potenciômetros dos equalizadores de grave e agudo.
Figura 3 - Resposta de frequência: 2 pot em 100 %.
A Figura 3 mostra a curva da resposta de frequência do filtro para os 2 potenciômetros na posição de 100 %. A banda varia de 43 Hz a 38 kHz e abrange a faixa completa do filtro.
Figura 4 - Resposta de frequência: grave em 50 %.
Na Figura 4 reduzimos o ajuste do potenciômetro de grave (filtro passa alta) para 50 %, a frequência de corte inferior do filtro passa então de 43 Hz para 71 Hz.
Figura 5 - Resposta de frequência: grave em 0 %.
Reduzindo o potenciômetro de grave (filtro passa alta) para o mínimo (0 %). Agora a frequência de corte inferior do filtro sobe para 933 Hz, conforme a Figura 5.
Figura 6 - Resposta de frequência: agudo em 50 %.
Na Figura 6 reduzimos o ajuste do potenciômetro de agudo (filtro passa baixa) para 50 %, a frequência de corte superior do filtro passa de 38 kHz Hz para 5 kHz.
Figura 7 - Resposta de frequência: agudo em 0 %.
Reduzindo o potenciômetro de agudo (filtro passa baixa) para o mínimo (0 %). Agora a frequência de corte superior do filtro cai para 2,3 kHz, conforme a Figura 7.
Figura 8 - Resposta de frequência: 2 pot em 0 %.
Por fim, deixamos os 2 potenciômetros do nosso filtro, passa alta e passa baixa, ajustes de grave e agudo respectivamente, no mínimo, posição de 0 %. Temos a menor banda de frequência passante no filtro: 760 Hz a 2,6 kHz. A Figura 8 mostra a resposta de frequência do filtro nesta condição.
Os valores de R e C do filtro passa alta ou passa baixa podem ser alterados conforme desejar, para atender a faixa de frequência que se deseja filtrar.
Este circuito atende muito bem a faixa de áudio, para se trabalhar com som e música como um equalizador de grave, agudo ou passa faixa. Também pode ser utilizado para filtrar (limpar) os sinais ruidosos de sensores.
