Superouvido (ART1909)

O que pode fazer um amplificador ultra-sensível que torna os sons fracos e distantes perfeitamente audíveis? Certamente a fértil imaginação do leitor terá mil respostas para esta pergunta: a primeira está na escuta clandestina de conversas, exatamente como fazem os espiões profissionais; outras viriam em seguida, como a gravação de sons de pássaros e da própria natureza, a escuta de vazamentos de água em canalizações permitindo sua localização e até como ajuda auditiva para os que possuam dificuldades neste caso. O superouvido que descrevemos é extremamente simples em sua versão básica e pode ser instalado numa caixa tão pequena como um maço de cigarros. A alimentação com apenas 2 pilhas comuns garante seu uso portátil, com grande autonomia.

Possuir um amplificador de sons ambientes de grande sensibilidade para a escuta de conversas clandestinas, para a gravação de sons da natureza ou mesmo para a escuta "através da parede” certamente é um sonho de muitos de nossos leitores.

Tal sonho, entretanto, não está com sua realização tão remota como muitos podem pensar: o projeto aqui mostrado revela isto e certamente, pelo número reduzido de componentes usados e ainda mais com a disponibilidade da placa básica como brinde, levará o leitor à sua realização imediata.

Nosso “superouvido” é um amplificador ultra-miniaturizado com baixa tensão de alimentação e altíssimo ganho, sendo indicado para a escuta de sons fracos ou distantes.

A alimentação com pilhas permite o uso portátil, excitando fones de ouvido ou a entrada de um gravador. Conforme você comprovará na prática, com um fone de ouvido de boa qualidade temos excelente volume.

De acordo com a utilização, teremos alguns acessórios para facilitar a captação dos sons pelo microfone. Assim, no caso da simples escuta de sons ambientes para ajuda auditiva, o microfone pode ficar livre, eventualmente escondido.

Para a gravação de sons de uma única direção, como por exemplo na espionagem à distância ou gravação de sons de pássaros, devemos usar um meio acústico de concentração, que tanto pode ser um sistema de tubos ressonantes como uma concha (parábola).

Com estes recursos podemos conseguir uma resposta altamente direcional para o sistema, eliminando assim os sons laterais que possam prejudicar a captação dos sons desejados (figura 1).

Figura 1 – Ação direcional do aparelho

Sistemas semelhantes aos indicados são utilizados em espionagem à distância, quando a conversa de duas pessoas num parque (ou num barco no meio de um lago) pode ser ouvida sem a interferência dos sons ambientes a partir de sua margem.

Existe o relato de um agente russo que foi surpreendido ao receber informações desta forma num barco no meio de um lago de importante cidade americana. A gravação da conversa foi feita a partir da margem com dispositivo semelhante.

Nosso superouvido talvez não tenha a mesma capacidade dos equipamentos profissionais, que além de super amplificação são dotados de filtros e outros recursos que encareceriam nosso projeto, mas certamente surpreenderá o leitor pelo que pode fazer.

Num dos testes realizados pudemos ouvir claramente o vazamento de um encanamento de água, encostando o sensor com o microfone na parede, e da mesma forma, a conversa das pessoas que se encontravam nas dependências do outro lado da mesma parede!

O superouvido será dado em duas versões: uma básica que excita imediatamente um fone de ouvido ou entrada de gravador e outra que pode ser considerada de maior potência que utiliza um amplificador integrado. As características do projeto são:

Número de transistores: 3

Tensão de alimentação: 3 V (ou 6 V opcional)

Consumo de; corrente (repouso/3V): 2,5mA (tip.)

Tipo de microfone usado: eletreto

Observe o leitor que, dado o baixo consumo de corrente, para aplicações em que se exija alto grau de miniaturização podem ser empregadas pilhas tipo botão, ou uma única pilha de 2,7V.

COMO FUNCIONA

O nosso amplificador utiliza três transistores em etapas de emissor comum. São empregados transistores de alto ganho e, considerando-se que os microfones de eletreto possuem uma etapa própria interna de amplificação com transistor de efeito de campo, chegamos a um amplificador final com 4 etapas.

O ganho das etapas é dado pelos resistores de polarização de base e pelos resistores de polarização de coletor, podendo ser alterado sensivelmente se você selecionar transistores num lote, escolhendo os de maiores ganhos.

Neste caso, aumentando os resistores de base até o ponto máximo em que não ocorra a distorção podemos ter um circuito com até 2 vezes o rendimento da versão original.

O microfone de eletreto é do tipo de 2 terminais e pode ficar a distâncias variáveis do amplificador, desde que conectado com cabo blindado.

O resistor de polarização do microfone de eletreto também deve ser obtido experimentalmente, se bem que o valor original (2k2) para R1 já proporcione um bom rendimento. Sugerimos que sejam feitas experiências com valores entre 680 ohms e 4k7.

O circuito original não possui controle de volume ou sensibilidade, mas nada impede que ele seja acrescentado da forma mostrada na figura 2.

Figura 2 – Controle de volume

Usamos então um potenciômetro de 4k7 com as ligações à placa mais curtas possível.

A saída é de alta impedância, sendo por isso recomendado o uso de fones magnéticos de 1 k a 2 k ohms de impedância. No entanto, com a ajuda de um pequeno transformador de saída para rádios transistorizados com impedância de primário entre 500 ohms e 4k, podemos utilizar um pequeno alto-falante de 5 cm x 8 ohms, montado numa caixinha acolchoada como fone, ou mesmo um fone de ouvido de walkman ou de aparelho de som, com baixa impedância (4 a 32 ohms) (figura 3).

Figura 3 – Improvisando um fone

O rendimento do fone vai depender muito do transformador usado, por isso sugerimos que se façam experiências com os tipos disponíveis. Alertamos que os transformadores drivers que são encontrados em rádios transistorizados não servem para esta aplicação.

MONTAGEM

Na figura 4 damos o diagrama esquemático da versão básica.

Figura 4 – Diagrama da versão básica

Na figura 5 a placa de circuito impresso para a montagem.

Figura 5 – Placa de circuito impresso

Os transistores devem ser do tipo BC548 ou BC238. Para Q1 também recomendamos o BC549 ou BC239, de maior ganho. Os resistores são de 1/8 W ou ¼ W com 5% ou 10% de tolerância e os eletrolíticos para a versão de 3 V devem ter esta tensão de trabalho ou mais. Não use eletrolíticos de mais de 16 V pois além de não caberem na placa, podem não operar satisfatoriamente (lembre-se que um eletrolítico tem a capacitância nominal somente numa certa faixa de valores em torno da tensão nominal).

O microfone de eletreto é do tipo de 2 terminais, com polaridade certa para ligação, conforme mostra a figura 6.

Figura 6 – Usando eletreto de 2 terminais

Entretanto, se você dispuser de um eletreto de 3 terminais pode ligá-lo do modo indicado na figura 7.

Figura 7 – Usando um eletreto de 3 terminais

Use fio blindado e jaque do tipo P2 para sua conexão. Para o fone, use um jaque de acordo com o plugue. Se empregar fone estéreo, faça a ligação das unidades do canal direito e esquerdo em paralelo, no próprio jaque do superouvido.

Ainda em relação aos capacitores, alertamos que devem ser usados tipos de boa qualidade, pois fugas excessivas podem causar instabilidades, que resultarão em “pipocamentos” ou interrupções do som.

Na figura 8 damos a segunda versão, com maior ganho, que emprega um circuito integrado TBA820S.

Figura 8 – Versão com maior ganho

Na figura 9 temos a placa de circuito impresso.

Figura 9 – Placa de circuito impresso para a montagem

Para esta versão sugerimos uma alimentação de 6 V, já que com tensões mais baixas o integrado não apresenta um bom funcionamento.

A saída desta versão possibilita a ligação direta de um pequeno alto-falante ou mesmo fone de ouvido de baixa impedância. O alto-falante, entretanto, de modo algum deve ser instalado ao ar livre ou em caixa acústica, pois devido ao enorme ganho do circuito certa mente ocorrerá realimentação acústica com a produção de um forte apito ou microfonia.

Para o sistema de captação temos diversas possibilidades:

a) Escuta remota

Neste caso basta ligar o microfone a um plugue com fio blindado cujo comprimento máximo recomendado é de 20 metros.

Para um comprimento maior sugerimos utilizar um sistema de polarização local para o microfone, conforme sugere a figura 10.

Figura 10 – Polarização remota do microfone

É muito importante observar a polaridade do microfone nesta ligação.

b) Refletor parabólico

O refletor deve ser metálico com dimensões entre 40 e 6ocm para maior rendimento. O microfone deve ser colocado no foco da parábola, conforme mostra a figura 11.

Figura 11 – Usando um refletor parabólico

A parábola não precisa ser perfeita, já que estamos trabalhando não com sinal de uma única frequência mas sim com toda gama audível; assim, até mesmo uma meia esfera pode servir, e como sugestão damos aquela usada em globos de efeitos de luz para bailes, a qual é recoberta de pequenos espelhos.

O posicionamento do microfone pode ser feito com uma ou mais hastes de material rígido, ficando seu diafragma (parte sensível) voltado para dentro da parábola.

Um cabo plástico ou encaixe para tripé poderão ser previstos conforme sua aplicação.

c) Tubos ressonantes

Este sistema permite que se consiga uma excelente diretividade, se corretamente dimensionado (figura 12).

Figura 12 – Usando tubos ressonantes

Seu princípio de funcionamento se baseia nos tubos acústicos que ressonam em frequências que dependem de seu comprimento, conforme mostra a figura 13.

Figura 13 - Ressonância de tubo abertos

Para cobrir a faixa audível cortamos então uma série de tubos de comprimentos diferentes dispostos em feixe, tendo o microfone na parte traseira.

Desta forma, o microfone captará com maior intensidade somente os sons cujas frequências correspondam às dimensões dos tubos e da direção para o qual estejam apontados.

Os tubos podem ser obtidos de varetas de antena de TV e no foco colocamos um funil ou outra peça que permita fazer o acoplamento acústico ao microfone.

O sistema, por seu tamanho e peso, deve ser montado num tripé.

Para uma configuração que cubra a faixa audível, podem ser usados 20 tubos com comprimentos variando entre 12 cm e 69 cm, o que resulta em passos de 3 cm, ou seja, cada tubo é 3cm maior que o anterior da série.

Observamos que os tubos maiores dão a recepção na faixa dos sons graves, o que quer dizer que dependendo do tipo de aplicação, você pode alterar as dimensões dos mesmos. Para a gravação do canto de pássaros ou outros sons agudos da natureza, os comprimentos devem ser reduzidos.

d) Captação de sons através de paredes e do solo

Para este caso usamos um transdutor especial que pode ser obtido em sucatas ou construído (figura 14).

Figura 14 – Transdutor para captação através de paredes

Usamos um peso de metal (ferro) com aproximadamente 1ocm de diâmetro e uma cavidade para fixação do microfone. Suas bordas foram acolchoadas com fita isolante comum. O peso em questão pode ser obtido da base de um abajur fora de uso.

Para os leitores que quiserem construir esta peça, sugerimos usar cimento comum, conforme mostra a figura 14, deixando uma cavidade onde possa ser colocado o microfone, e já prevendo o fio para sua ligação, que deve ser blindado. Para maior rendimento a peça deve pesar pelo menos 500 gramas.

Seu uso é simples: basta apoiá-la na parede ou chão para ouvir os sons que se propagam através deles como, por exemplo, o som de vazamentos de água ou a conversa através de paredes.

No caso do som de vazamentos, as empresas de fornecimento de água utilizam estetoscópios comuns, mas os operam altas hora da noite, quando o ruído ambiente é reduzido, não interferindo na localização de problemas.

PROVA E USO

Para usar basta conectar o fone, colocar as pilhas a acionar o interruptor geral. Com a ligação do microfone, os sons ambientes devem ser captados.

Se houver instabilidades verifique os componentes principalmente eletrolíticos; no caso de oscilações pode ser necessário ligar um capacitor de 1 nF a I0 nF em paralelo com a entrada do microfone. Este capacitor também será importante para levar o aparelho a um reposta melhor de graves, caso o som seja muito agudo.

O ruído denominado “motor-boating' ou de “barco a motor" pode ocorrer se forem usados capacitores com fugas. Em especial, C2 deve ser substituído caso isto ocorra.

Para utilizar o aparelho em gravações ou em com junto com outros amplificadores faça a conexão conforme mostra a figura 15.

Figura 15 – Conexão conjunta com gravadores

O cabo deve ser blindado e o volume deve se controlado no próprio amplificador final de potência.

Para escuta clandestina, caso o microfone seja instalado numa sala próxima, não o coloque sob mesas o objetos em que as pessoas possam bater ou tocar, pois isso provocará ruídos que prejudicarão a audição.